Pourquoi notre corps a-t-il plus de mal à lutter contre les infections respiratoires quand il fait froid ?

« L’arrivée de l’hiver fait disparaître les maladies de l’été et l’arrivée de l’été fait disparaître celles de l’hiver », a écrit Hippocrate, père de la médecine, médecin et philosophe grec en 400 av. J.-C.

Cette explication est considérée comme la première étude répertoriée de la variabilité saisonnière d’une maladie, la grippe. Mais le mystère de la périodicité de certaines maladies a rendu perplexes les scientifiques jusqu’à l’époque moderne.

Si les chercheurs ne l’ont pas encore percé dans son intégralité, ils ont toutefois pris conscience des modifications complexes que subissent les germes, leurs hôtes et les environnements au sein desquels ils évoluent au gré des saisons, rendant certaines personnes plus ou moins enclines à tomber malades.

« Demandez à cinq épidémiologistes spécialistes de la grippe quelles sont, selon eux, les contributions relatives aux maladies. Vous risquez fort d’obtenir cinq réponses différentes », dit avec un sourire Dylan Morris, chercheur postdoctoral à l’UCLA qui étudie l’écologie et l’évolution des virus.

Les scientifiques ont cependant découvert comment les changements de saisons affectent les structures physiques des virus, et aussi les barrières naturelles de notre organisme, qui servent de rempart contre la maladie. Le froid, l’air sec et le manque de lumière naturelle, en hiver tout particulièrement, ont une incidence négative sur notre capacité à résister aux infections respiratoires comme la grippe ou le coronavirus SARS-CoV-2.

L’HIVER, SAISON DE PRÉDILECTION DU CORONAVIRUS

Ayant à l’esprit leurs expériences antérieures avec les rhumes et la grippe, les spécialistes de la santé publique nous avaient mis en garde contre une éventuelle augmentation des cas de coronavirus en hiver. Avec l’arrivée du froid, nous avons tendance à passer plus de temps à l’intérieur, où la transmission par voie aérienne est importante. Cette prédiction s’est malheureusement confirmée. 

L’un des facteurs susceptibles d’être responsables de cette hausse a récemment fait l’objet d’une prépublication. Dans celle-ci, Dylan Morris et ses collègues s’intéressent à la manière dont la stabilité du coronavirus évolue en fonction des températures et de l’humidité de l’air.

Les chercheurs ont ainsi découvert que lorsque les températures sont basses et le taux d’humidité extrême (très bas ou très élevé), le virus reste stable et contagieux plus longtemps. Les basses températures ralentissent les réactions chimiques, notamment celles qui provoquent la décomposition des virus. Par conséquent, le coronavirus peut flotter en toute liberté dans les gouttelettes de sécrétions respiratoires pendant plus longtemps.

Les faibles taux d’humidité provoquent quant à eux l’évaporation des gouttelettes, qui deviennent alors plus petites. Cela permet au virus de rencontrer plus facilement d’autres substances chimiques présentes dans les gouttelettes qui l’inactiveront. Cependant, ce phénomène se produit dans une certaine mesure. Lorsque les gouttelettes sont trop petites, les sels naturellement présents dans les fluides que nous expirons cristallisent et piègent le virus. Ce dernier est alors conservé en vue d’une activation ultérieure, lorsque la gouttelette sera dissoute dans les voies respiratoires d’un nouvel hôte.

L’hiver est malheureusement synonyme de températures basses et d’humidité. D’autres variables, comme le fait de rester au chaud et le manque de lumière naturelle, jouent également en notre défaveur.

« Vous avez tous ces facteurs qui vont dans le même sens et de multiples raisons qui suggèrent qu’il est inévitable que les virus respiratoires posent davantage de problèmes en hiver », indique Dylan Morris.

L’hiver peut également avoir une incidence sur la seconde moitié de l’équation de l’infection, à savoir les organismes infectés.

MÉFIONS-NOUS DE L’AIR FROID ET SEC

Selon Akiko Iwasaki, immunologue à l’université de Yale et chercheuse à l’Institut médical Howard Hughes, le fonctionnement de notre système immunitaire est modifié lorsque nous respirons un air plus froid et plus sec.

Dans une étude de 2015, Akiko Iwasaki et ses collègues ont ainsi démontré que les cellules qui tapissent les voies respiratoires des souris produisaient moins d’interférons, un type de protéines, lorsque les rongeurs avaient froid. En cas d’attaque virale, les interférons donnent l’alerte et appellent en renfort les cellules immunitaires pour tenter de stopper la progression de l’envahisseur.

« Depuis la publication de cette étude, je martèle à mes enfants qu’ils doivent porter leur écharpe sur le nez, et bien évidemment un masque au vu de la situation actuelle, afin que la température dans leur nez reste élevée », indique l’immunologue.

Plus récemment, la scientifique et son équipe ont découvert qu’un faible taux d’humidité pouvait porter préjudice à la première ligne de défense gluante du corps, le mucus. Cette substance et les cils, de minuscules pagaies semblables à des doigts très répandues dans le règne animal, tapissent nos voies respiratoires. Ces deux éléments agissent ensemble comme un tapis roulant. Le mucus piège les saletés et les cils se mettent en mouvement pour évacuer le premier par le nez et la bouche. Besoin d’un mouchoir ?

Baptisé clairance mucociliaire, ce phénomène n’apprécie guère l’air froid et sec. Lorsque le taux d’humidité est faible, les couches de mucus dans notre nez et notre gorge sèchent, ce qui perturbe le mouvement des cils. Il devient alors plus difficile pour l’organisme d’expulser les envahisseurs.

« Cela se produit lorsque nous inspirons de l’air sec. Si, en plus de cela, l’air est froid, la réaction immunitaire de l’hôte est mise à rude épreuve et nous ne sommes plus capables de lutter correctement contre ces infections virales », explique Akiko Iwasaki.

L’immunologue conseille d’investir dans un humidificateur et de maintenir un taux d’humidité compris entre 40 et 60 % dans votre maison. « Vous facilitez ainsi la réaction immunitaire de votre organisme contre les agents pathogènes. En plus, lorsque l’air est humide, les particules virales accumulent de l’eau et tombent par terre au lieu de flotter dans l’air », ajoute-t-elle.

L’IMPORTANCE DU SOLEIL

Avec la pandémie, la plupart d’entre nous rentent enfermés toute la journée, au risque d’aggraver un autre inconvénient de l’hiver : le manque de vitamine D. Peut-être avez-vous déjà croisé son nom sur les bouteilles de lait ? Car, en plus de renforcer les os, la vitamine D joue un rôle important dans l’ajustement de nos réactions immunitaires. Elle a ainsi une incidence sur au moins 200 voies chimiques impliquées dans ces défenses essentielles, souligne Annelise Barron, bioingénieure à l’université de Stanford qui a mis au point des versions synthétiques de ces molécules naturelles.

Cette dernière s’intéresse tout particulièrement à la réplication d’une petite protéine, le peptide LL-37. Naturellement présent chez l’Homme, ce peptide est une molécule aux propriétés antifongiques, antibactériennes et un puissant agent antiviral. Les primates sont la seule sous-classe de mammifères à dépendre de la capacité de l’organisme à absorber la lumière naturelle et à produire de la vitamine D pour générer ce peptide antiviral.

Notre peau produit de la vitamine D en utilisant les rayons ultraviolets B du Soleil pour fracturer les anneaux de carbone d’un précurseur chimique du cholestérol. Bien que nous trouvions de la vitamine D dans les aliments comme les poissons gras ou le lait enrichi, nos besoins sont principalement comblés par la lumière du Soleil. Cela s’avère problématique pour les populations vivant loin de l’Équateur.

« Aux quatre coins du monde, près de la moitié de la population souffre d’une carence en vitamine D pendant les mois les plus ensoleillés », indique Annelise Barron. « Au cœur de l’hiver, le pourcentage de personnes carencées en vitamine D est en moyenne de 80 % ».

Un apport suffisant en vitamine D est associé à une réduction du risque de développer des maladies inflammatoires, comme le diabète de type 1 et la sclérose en plaques, ainsi qu’à une incidence plus faible des infections respiratoires aigües. Bien que les effets sur la santé d’un manque de vitamine D restent difficiles à cerner selon Annelise Barron, les sondages révèlent continuellement une telle carence au sein de la population américaine vivant au-dessus du 35^e parallèle nord. Cette zone englobe des villes situées aussi loin au sud que Las Vegas.

Pendant la pandémie de COVID-19, nous sommes beaucoup restés chez nous. Si cela est bénéfique pour enrayer la transmission du virus, ça l’est moins pour prendre un bain de soleil et ainsi produire de la vitamine D. Certaines recherches commencent à révéler que de nombreux patients gravement atteints de la COVID-19 souffrent d’une carence en vitamine D. Ainsi, une étude publiée fin novembre a découvert que le taux de mortalité des patients atteints de la COVID-19 et carencés en vitamine D était presque quatre fois plus élevé que celui des patients présentant un taux de vitamine D normal. Reste encore à déterminer si ce facteur a réellement une incidence : l’administration de vitamine D dans le cadre d’un traitement de la COVID-19 a eu des résultats positifs et neutres.

Une couleur de peau plus sombre peut également limiter la production de vitamine D. Ce facteur a d’ailleurs été désigné comme une explication génétique possible à l’incidence plus élevée de la COVID-19 chez les Afro-Américains et au sein d’autres communautés de couleur. Une production moins efficace ne se traduit cependant pas toujours par un taux de vitamine D plus faible chez les personnes de couleur par rapport aux personnes blanches. Pourquoi ? Parce que d’autres molécules neutralisant la vitamine D sont également présentes dans différentes concentrations parmi les populations. En outre, un grand nombre de déterminants sociaux de la santé joueraient un rôle plus important sur l’incidence de la COVID-19 au sein des minorités.

Évoquant une étude récente qui a démontré que la supplémentation améliorait l’activité du LL-37 pendant l’hiver, Annelise Barron estime que la prise de suppléments de vitamine D peut contribuer à la régulation des défenses naturelles de l’organisme. Le directeur de l’Institut national américain des allergies et des maladies infectieuses, Anthony Fauci, a confié prendre un supplément de vitamine D chaque jour pour stimuler son système immunitaire.

UNE EXPOSITION TROP FAIBLE AU SOLEIL

Selon Micaela Martinez, écologue des maladies infectieuses à l’université de Colombie qui étudie l’horloge biologique et les maladies saisonnières, la production de vitamine D n’est pas l’unique fonction corporelle touchée par la variabilité de la lumière naturelle selon les saisons.

Des chercheurs étudient d’ores et déjà la manière dont un sommeil perturbé peut rendre les soignants plus vulnérables au coronavirus. D’autres cherchent à identifier quel est le meilleur moment de la journée pour administrer de la dexaméthasone, un traitement réservé aux patients souffrant de formes graves de COVID-19.

« Presque chaque aspect de notre organisme, que ce soit le métabolisme, les hormones, l’immunité, évolue avec le cycle jour-nuit », déclare Micaela Martinez.

Certaines des premières recherches en chronobiologie sur la maladie s’intéressaient au cycle jour-nuit et à la mélatonine. Une étude parue dans la revue Nature en 2015 a par exemple identifié une variabilité saisonnière dans l’expression d’environ un quart des gènes humains. L’équipe de chercheurs n’a toutefois pas déterminé si et comment cette variation affectait la capacité du système immunitaire à résister aux maladies.

« Le sujet n’est pas qu’il y a plus d’infections en hiver et moins en été. Non, le sujet est que chaque maladie infectieuse a sa saison », explique Micaela Martinez. Avec son équipe, l’écologue essaie actuellement de découvrir comment les changements saisonniers affectent la capacité du système immunitaire à repousser différents agents pathogènes. Elle souligne que les épidémies de rougeole étaient traditionnellement généralisées au printemps, tandis que la saison estivale était plus durement marquée par la poliomyélite.

Mais il y a bien une chose qui inquiète la scientifique. Peu importe la saison, nous n’absorbons pas suffisamment de lumière naturelle pour aider nos organismes à fonctionner de manière continue. Cela est encore plus vrai en cette période où nous restons enfermés toute la journée. Dans une prépublication en octobre, son équipe a équipé les participants à l’étude, tous vivants à New York, de capteurs de lumière. Les scientifiques ont ainsi découvert qu’ils s’exposaient très peu à la lumière naturelle tout au long de l’année et que cela variait très peu entre les saisons.

« La plupart de nos changements saisonniers relatifs à la lumière ont été gommés pour la simple et bonne raison que nous passons trop de temps enfermés », souligne Micaela Martinez.

Pour aider à passer en mode jour, réguler nos fonctions vitales, et avec un peu de chance, préparer notre organisme à lutter contre les agents pathogènes respiratoires comme le SARS-CoV-2, la chercheuse recommande de prendre un bain de soleil chaque matin.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.