บทนำ (Introduction)

มลพิษทางอากาศมีผลกระทบของต่อสุขภาพถือเป็นปัญหาทางสาธารณสุขทั่วโลกที่ได้รับความตระหนักในปัจจุบัน
เป็นที่ทราบดีว่า มลพิษทางอกาศก็ให้เกิดผลกระทบอประชากรโลกในทุกด้าน โดยเฉพาะระบบหัวใจและหลอดเลือด และระบบทางเดินหายใจ พบว่าผลกระทบทางด้านสุขภาพของประชากรจากมลพิษทางอากาศในภูมิภาคต่างๆ ทั่วโลกแตกต่างกันไปทั้งในแง่ลักษณะและความรุนแรง การติดเชื้อทางอากาศสงผลกระทบต่อความเสี่ยงในการติดเชื้อในทางเดินหายใจที่พบมากขึ้น นอกจากนี้ผลกระทบในผู้ป่วยแต่ละกลุ่มวัยก็มีความแตกต่างกัน โดยเฉพาะในผู้ป่วยเด็กเล็กและผู้ป่วยสูงอายุ การติดเชื้อทางเดินหายใจพบได้มากในผู้ป่วยทั้งสองกลุ่มอายุ ประชากรทั้งสองกลุ่มจัดเป็นกลุ่มเสี่ยงต่อการติดเชื้อทางเดินหายใจจากการสัมผัสมลพิษทางอากาศทั้งรยะสั้นและระยะยาว สำหรับการติดเชื้อทางเดินหายใจเกิดจากไวรัสเป็นส่วนใหญ่ โดยเฉพาะในผู้ป่วยเด็ก สำหรับการติดเชื้อแบคทีเรียพบได้ในผู้ป่วยที่มีปัจจัยเสียง เช่นโรคประจำตัว หรือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของระบบทางเดินหายใจเช่นผู้ป่วยปอดอุดกั้นเรื้อรัง การพัฒนาการ เปลี่ยนแปลงโครงสร้าง สรีรวิทยา ของทางเดินหายใจส่งผลกระทบต่อความเสี่ยงในการติดเชื้อทางเดินหายใจ บทความนี้กล่าวถึงประวัติศาสตร์ของมลพิษทางอากาศ ที่มาและชนิดทางอากาศ การจำแนกคุณภาพของอากาศ ฝุ่นมลพิษขนาดเล็ก หรือ particulate matter (PM) ทั้งขนาด 2.5 และ 10 ไมครอนผลกระทบของมลพิษต่อระบบการทำงานของร่างกาย ในประชากรทั้วไปรวมทั้งผู้ป่วยกลุ่เสี่ยง และผลของมลพิษทางอากาศต่อความเสี่ยงในการติดเชื้อทางเดินหายใจและผลกระทบต่ออายุขัยของประชากรโลกในภาพรวม บทความมลพิษทางอากาศต่อปัญหาสุขภาพและผลต่อการติดเชื้อในทางเดินหายใจ ดังต่อไปนี้ ได้แก่

ㆍประวัติศาสตร์ของมลพิษทางอากาศ
ㆍแหล่งกำเนิดและชนิดของมลพิษทางอากาศ
ㆍฝุ่นมลพิษขนาดเล็ก particulate matter 2.5 และคุณภาพอากาศ
ㆍ ผลกระทบของมลพิษทางอากาศต่อสุขภาพ
ㆍ ผลของมลพิษทางอากาศต่อความเสี่ยงในการติดเชื้อทางเดินหายใจ

ประวัติศาสตร์ของมลพิษทางอากาศ (historical perspectives of air pollution)
มลพิษทางอากาศถือเป็นปัญหาที่มีผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์ ในประวัติศาสตร์ได้บันทึกไว้ตั้งแต่สมัยก่อน
คริสตกาล ในสมัยของ Hippocrates ได้มีการกล่าวถึงในหนังสือซื่อ Airs, waters and places เมื่อราว 400 ปีก่อนคริสตกาล รวมทั้งในสมัยอาณาจักรโรมันได้มีการกล่าวถึงผลกระทบของมลพิษทางอากาศในบันทึกที่ซื่อว่า Seneca and F ro ntinus ที่บันทึกผลผกระทบของควันต่อสุขภาพ ต่อมาได้มีการกล่าวถึงผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์จากทั่วโลก และมีการบันทึกในระวัติศาสตร์ของอาหรับในตะวันออกกลางและจีนในราชวงค์ซึ่ง เกี่ยวกับผลของมลพิษทางอากาศจากการเผาถ่านหินและผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชนรายงานถึงผลกระทบของมลพิษที่มีความสำคัญมากของยุโรปคือ John Evelyn ที่ได้ตีพิมพ์ ในปี ค ศ 1661 ในหนังสือเรื่อง Fumifugium หรือ The Inconvenience of the Aer and Smoak of London กล่าวถึงที่มาของมลพิษทางอากาศในกรุงลอนดอนว่าเกิดจ ากอุตสาหกรรมการกลั่น และการเผาปูนขาวในเขตลอนดอน และพบว่าสัมพันธ์กับอัตราการเสียชีวิตของประชากรในช่วงที่มีหมอกควันในลอนดอนมากขึ้น (fog episode) ดังรูปวาดสีน้ำมันของ Claude Monet จากมุมมองของศิลปิน ในช่วงทศวรรษ 1800 ประชากรในประเทศอังกฤษและเวลส์ ได้เพิ่มจำนวนสูงกว่า 16 ล้านคน เกิดการปล่อยมลพิษจากครัวเรือนและภาคอุตสาหกรรม ได้เริ่มมีมาตรการลดการปล่อยกาซและมลพิษในอากาศ ที่เรียกว่า The ‘Royal Commission on Noxious Vapours’ ในปี ค.ศ. 1878 บันทึกผลกระทบของมลพิษในขณะนั้น แต่การแก้ปัญหาของรัฐบาลอังกฤษนั้นไม่ชัดเจน ประกอบกับการขยายตัวของภาคอุตสาหกรรมหนักมในยุคนั้น ทำให้ไม่สามารถแก้ปัญหามลพิษได้ จนเกิดผลกระทบมากในทศวรรษ 1950 คือปัญหาหมอกควันในกรุงลอนดอนในปี คศ 1952 ที่เรียกว่า The Great London Smog ที่มีผลต่อการเสียชีวิตก่อนวัยอันควรของประชากรอังกฤษในนครลอนดอนกว่า 12,000 รายภายในเวลา 2 สัปดาห์ ทำให้ในปี คศ 1996 ได้มีการประกาศแนวทางของรัฐบาลอังกฤษ ถึงการลดผลกระทบที่มีต่อมลพิษทางอากาศ ที่เรียกว่า The UK
Clean Air Act เนื่องจากผลของกรขยายภาคครัวเรือนและอุตสาหกรรมในอังกฤษเพิ่มมากขึ้น และรณรงค์ให้มีการลดการปล่อยของควันและกาซจ ากภาคครัวเรือนและภาคอุตสหกรรมในทศวรรษ 1970 ได้มีการรณรงค์ตื่นตัวเกี่ยวกับผลของมลพิษทางอากาศจ ากปริมาณโอโซนที่พื้นโลก (Ground level ozone) ที่มีผลกระทบต่อสุขภาพของมวลมนุษยชาติโดยเฉพาะในทวีปยุโรปและทวีปอเมริกา หลังจากนั้นได้เกิดปฎิญญา Helsinki ในปี ค ศ 1985 ในการสร้างความร่วมมือในการลดการปล่อยกาซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ลง ร้อยละ 30 ให้ได้และในปี 1995 ได้มีความร่วมมือในการเฝ้าติดตามปริมาณของโอโซนบนพื้นโลกจากการใช้สัญญาณภาพดาวเทียม (satellie ozone monitoring) ต่อมาได้พบว่าภูมิภาคเอเชียมีการปล่อยกาซซัลฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรจนไดออกไซด์ ออกมาจากภาคครัวเรือนและอุตสาหกรรมในประเทศจีนและอินเดีย และที่เป็นปัญหาที่ได้รับความสนจมากคือการเกิดหมอกควันที่บดบังการทัศนวิสัยในกรุงปักกิ่ง (Beijing Haze) ในปี คศ 2012 ที่ได้รับความสนใจไปทั่วโลก ที่เกิดจาก particulate matters และกาซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เช่นเดียวกับกรณี London smog ในปี คศ 1952 นั้น แม้ว่าการปล่อยกาชซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากภูมิภาคยุโรปและอเมริกาจะลดลง กว่าร้อยละ 15 นับจากทศวรรษ 1990 แต่การปล่อยกาซดังกล่าวจากภูมิภาคเอเชียใต้และประเทศจีนกลับเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะ particulate matters, ไนตเจนไดออกไซด์ และซัลเฟอร์ใดออกไซด์เพิ่มขึ้นตลอดใน 2 ทศวรรษที่ผ่านมา จากภาคครัวเรือนและภาคอุตสหรกรรมในประเทศอุตสาหกกรมใหม่ เมื่อเทียบกับประเทศที่มีการพัฒนาอุตสาหกรรมในยุคแรก ซึ่ง PM2.5 ได้รับความสนใจมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาถึงผลกระทบต่อสุขภาพ พบว่ามีผลต่อการเสียชีวิตก่อนวัยอันควรของประชากรโลกกว่า 4 ล้านคน ซึ่งจากการรายงานขององค์การอนามัยโลกว่ามีประซากรในภูมิภาค
ต่างๆ บนโลกอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่มีปริมาณ PM 2.5 มากเกินกว่าเกณฑ์ที่ยอมรับได้ขององค์การอนามัยโลก (WHO) ได้มีการรณรงค์ลดการปล่อยก าซมลพิษทางอากาศจากทั่วโลก พบว่าปริมาณกาซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนได้ออกไซด์ที่ปล่อยจากประเทศจีนมีแนวโน้มลดลงในปี คศ 2018 แต่อย่างไรก็ตามกาซอัมมเนียและ volatile organic compound กลับปล่อยออกมาคงที่ต่อเนื่อง จนกระทั่งเกิดปัญหาระบาดของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธ์ใหม่ (SARS-CoV-2) ในปี คศ 2019 ทำให้ภาคอุตสาหกรรมปิดตัวและระงับภาคการขนส่งด้วยเครื่องยนต์พาหนะ ส่งผลให้ปริมาณกาซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจน
ไดออกไซด์ volatile organic compound และ particulate matter ลดลงอย่างชัดเจน จะเห็นได้ว่าปัญหามลพิษทางอากาศมีผลกระทบรุนแรงชัดเจนอย่างมากกว่า 3 ศตวรรษ จากการเปลี่ยนแปลงของการเกิดการขยายของภาคครัวเรือนและภาคอุตสาหกรรมซึ่งมลพิษทางอากาศจากกาซและฝุ่นมีผลกระทบต่อสุขภาพของมวลมนุษยชาติและระบบนิเวศน์วิทยาอย่างมาก แต่มาตการในการควบคุมมลพิษ เช่นลดการปล่อยกาซรวมทั้งฝุ่น particulate matter สูสิ่งแวดล้อมยังไม่ประสบผลสำเร็จเท่าที่ควร และพบว่ามลพิษทางอากาศดังกล่าวสงเสริมให้เกิดการติดเชื้อในทางเดินหายใจได้ง่ายขึ้นจากกลไกการอักเสบของหลอดลมและปอด หรืออาจกกล่าวได้ว่าทั้งมลพิษทางอากาศและการติดเชื้อทางเดินหายใจเป็นการคุกคามร่วม (double
thread of health) ต่อสุขภาพของประชากรโลก

แหล่งกำเนิดและชนิดของมลพิษทางอากาศ

มลพิษทางอากาศจำแนกเป็นสองกลุ่มใหญ่ๆ คือมลพิษปฐมภูมิ (primary pollutant) และมลพิษทุติยภูมิ
(se condary pollutant) โดยมีคุณสมบัติและลักษณะที่แตกต่างกันทั้งสวนที่เป็นกาช และเป็นฝุ่น หรืออนุภาค หรือโลหะหนักหรือสารอินทรีย์
ㆍ มลพิษปฐมภูมิ มีแหล่งกำเนิดและแพร่ออกจากต้นกำเนิดสู่สิ่งแวดล้อมโดยตรง เช่นจากโรงงาน
อุตสาหกรรม แหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า ยานพาหนะที่อาศัยเชื้อเพลิงช่นน้ำมัน ได้แก่ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (S02) ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx คือ NO และ NO2), ฝุ่น particulate matter (PM) ที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 10 ไมครอน (PM10) และ 2.5 ไมครอน ( PM2.5) และคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) รวมทั้งโลหะหนัก และสารอินทรีย์กลุ่ volatile organic compound (VOC) สามารถเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจและระบบไหลเวียนโลหิตของผู้ป่วยได้
ㆍ มลพิษทุติยภูมิ เป็นมลพิษที่ปล่อยจากต้นกำเนิดแล้วมีการทำปฏิริยาคมี (chemical reaction)
ผ่านขบวนการ NOx catalyzed photochemical oxidation ของ volatile organic compound ในกรณีที่พลังงาน
แสงอาทิตย์ ทำให้เกิดเป็นโอโซน (ozone) หรือ ground level ozone หรือ smog ฝุ่นมลพิษขนาดเล็ก particulate matter (PM2.5) องค์การ Environmental Protection Agency (EPA) ของสหรัฐอเมริกา ได้จำแนกชนิดของมลพิษนอกครัวเรือน (outdoor air pollution) กำหนดเป็นมาตรฐานอากาศเป็นระดับ National Ambient Air Quality Standard (NAAQS) โดยอาศัยมลพิษทางอากาศ 6 ชนิด เป็นข้อกำหนดของคุณภาพอากาศ (Air quality index หรือ AQl) ได้แก่ (2) ดังตาราง 1
1) Ground level ozone ที่มาจาก volatile organic compound
2) Particulate Matter (PM) ทั้ง PM10 และ PM2.5
3) ตะกั่ว (Lead)
4) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogen dioxide)
5) ซัลเฟอร์ใดออกไซด์ (Sulfur dioxide)
6) คาร์บอนมอนนอกไซด์ (Carbon monoxide)
PM เป็น 1 ในมลพิษทางอากาศที่เป็นองค์ประกอบในการประเมินคุณภ าพของอากาศจำแนกชนิดของ particulate
pollutants เป็น 2 ซนิดคือ fine particle หรือ PM2.5 ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 2.5 ไมครอน และ inhalable
course particles คืออนุภาคที่ขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน แต่ใหญ่กว่า 2.5 ไมครอน โดยอนุภาคที่มีขนาดใหญ่จะตกในบริเวณทางเดินหายใจส่วนบนเช่นจมูก คอหอย และอนุภาคขนาดเล็กจะลงไปที่หลอดลมและถุงลมส่วนปลาย
เป็นที่ทราบกันดีว่าผลกระทบต่อมลพิษต่อสุขภาพของมนุษย์เกิดกับทุกส่วนของร่างกาย จากระบบการทำงานของทั้งภายนอกและภายในของร่างกาย ทั้งในแง่ความสัมพันธ์ (association) และเป็นสาเหตุ (causation) ทางตรงและทางอ้อม ดังรูป 3ได้แก่
1) ระบบทางเดินหายใจ ความเสี่ยงต่อจมูกอักเสบ (rhinitis) โรคหืด (asthma) ปอดอุดกั้นเรื้อรัง (chronic
obstructive pulmonary diseases) ปอดติดเชื้อ (pneumonia) มะเร็งปอด (lung cancer)
2) ระบบต่อมไร้ท่อ สัมพันธ์กับเพิ่มความเสี่ยงต่อภาวะดื้ออินซูลิน (insulin resistance) เบาหวานชนิด 1 และชนิดที่ 2 (type 1 and type 2 diabetes) รวมทั้งผลต่อเมตาโบลิซึมของกระดูก (bone metabolism)

3) ระบบหัวใจและการไหลเวียนของหลอดเลือด ระดับความดันเลือดสูง (increased blood pressure) เซลล์เยื่อบุหลอด
เลือดทำงานผิดปกติ (endothelial ce ll dysfunction) การแข็งตัวของเลือดผิดปกติ (increased blood coagulation)
หัวใจขาดเลือด (ischemic heart disease) หัวใจล้มเหลว (heart failure) หัวใจเต้นผิดจังหวะ (cardiac arrythmia) และเสียชีวิตฉับพลัน (sudden cardiac death)
4) สมอง สัมพันธ์กับเพิ่มความเสี่ยงต่อสมองขาดเลือด (ischemic stroke) การพัฒนาการสมองที่ช้า (delayed neural
development) และโรคสมองและระบบประสาทเสื่อม (neurodegenerative disease)
5) ระบบผิวหนัง การระคายเคืองผิวหนัง และเซลล์ผิวหนังแก่ลง (skin aging)
6) ระบบสืบพันธุ์ ภาวะเป็นหมัน แท้ง คลอดก่อนกำหนด ครรภ์เป็นพิษ น้ำหนักแรกคลอดน้อย (3) ความสำคัญของมลพิษทางอากาศ โดยเฉพาะระบบหัวใจและหลอดเลือด (cardiovascular system) และระบบทางเดินหายใจ ( respiratory system) (3)โดยพบว่าผลกระทบต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดและระบบทางเดินหายใจ (respiratory system) เป็นปัญหาที่เพิ่มอัตราเจ็บป่วยและอัตราตายของผู้ป่วยจ ากสาเหตุที่มาจากผลของมลพิษต่อระบบ
ดังกล่าว ที่ได้สัมผัสมลพิษทางอากาศอย่างชัดเจน (4) การติดเชื้อทางเดินหายใจฉับพลัน ส่วนมากเกิดจากไวรัสราวร้อยละ 80 ทำให้เกิดกลุ่มอาการต่างๆ (5) ได้แก่ ไข้หวัด (common cold), ปอดอักเสบ (pneumonia) หลอดลมอักเสบ (acute bronchitis), หลอดลมฝอยอักเสบ (bronchiolitis) รวมทั้งหึดกำเริบฉับพลัน ซึ่งเชื้อไวรัสที่ก่อโรคแตกต่างกันไปตามกลุ่มอาการ (clinical syndrome) เช่น rhinovirus และ human coronavirus ทำให้เกิดไข้หวัดและเป็นเหตุของหืดกำเริบฉับพลันได้บ่อย ในขณะที่ influenza และ adenovirus ทำให้เกิดปอดอักเสบ และ RSV ทำให้เกิดหลอดลมฝอยอักเสบบ่อยกว่าเชื้อไวรัสอื่น(5)

กลไกที่มลพิษทางอากาศสัมพันธ์กับติดเชื้อไวรัสทางเดินหายใจ

ระบบทางเดินหายใจทำหน้าที่เป็นกลไกป้องกันร่างกายจากมลพิษทางอากาศไม่ว่าจะเป็นกาซ หรือฝุ่น particulate
matters หรือเชื้อก่อโรคประกอบไปด้วย 2 ระบบ ดังรูป 4 คือ
1) ระบบ innate system ได้แก การกรองตามหลักการพลศาสตร์ (aerodynamic filtration), การโบกของเซลล์ขน (muco-cilliary clearance) , การกำจัดซากอาศัย particle clearance และ macrophage
2) ระบบ immunity system ทั้ง local immunity และ systemic im munity

เนื่องจาก macrophages ทำหน้าที่เป็น innate immunity ป้องกันการติดเชื้อไวรัสและแบคทีเรีย มีการศึกษา
พบว่าการสัมผัสกับมลพิษทางอากาศทำให้เกิดผลยับยั้งการทำงานของ macrophages ในการป้องกันการติดเชื้อไวรัสและแบคที่เรียดังกล่าว โดยที่อนุภาคของไวรัสจะถูกเก็บกินด้วย macrophages ผ่านขบวนการ phagocytosis และนอกจากนี้macrophages จะทำงานร่วมกันกับ epithelial cells และเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสในการสร้างสาร interferon ที่มีฤทธิ์เป็น antiviral เพื่อจัดการกับเชื้อไวรัสโดยการยับยั้งการแบ่งตัวของไวรัส (viral replication) ตามมา นอกจากนี้ macrophages นั้นยังมีบทบาทในการกำจัดเซลล์ที่ตาย (debris) ที่เกิดจากการติดเชื้อไวรัส นอกจากนั้น macrophages ยังทำหน้าเป็น antigen presenting cells นำส่ง viral antigen ไปยังเม็ดเลือดขาว T-lymphocytes เพื่อทำให้มีการสร้าง antibody ต่อไวรัสที่เป็น humoral immunity และกระตุ้นให้เกิดการอักเสบทั้ง eosinophilic inflammation และ neutrophilic inflam mation ในหลอดลมตามมา นอกจากนี้ macrophages กระตุ้น cytotoxic T lymphocytes เพื่อทำลายเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัส ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการติดเชื้อไวรัสในระบบทางเดินหายใจตามมา ทั้งในกรณีที่มีโรคภูมิแพ้หรือโรคหืดร่วมด้วยหรือไม่ก็ตาม(7) หลอดทดลองพบว่า เซลล์เยื่อบุหลอดลมของมนุษย์ที่สัมผัสกับไนโตรเจนไดออกไซด์ เกิดภาวะ ciliary dyskinesia โดยมีความถี่ในการเคลื่อนที่ลดลง (frequency beat)(10, 1 1) การศึกษาพบว่าประชากรปกติที่ได้รับไนโตรเจนไดออกไซด์ มีการทำงานเซลล์ขนของทางเดินหายใจลดลง และพบว่าการสัมผัสไนโตรเจนไดออกไซด์ ทำให้เกิดหลอดลมอักเสบจากการตรวจน้ำล้างปอด (BALF) พบว่ามีจำนวน mast cells, lIvmphocytes, NK cell เพิ่มขึ้นในขณะที่สัดส่วนของ T-helper cells/T-cytotoxic cells ลดลง (12) แสดงถึงผลของมลพิษทางอากาศต่อเยื่อบุทั้งการทำงานในแง่การป้องกันการติดเชื้อจากทำงาน
ของเซลล์ที่เป็นโครงสร้างและระบบภูมิคุ้มกัน

ผลต่อการทำงานของ #macrophage (Alteration of macrophage function)

การศึกษาในหลอดทดลองและในมนุษย์พบว่าการเปลี่ยนแปลงการทำงานของ alveolar macrophages ทำให้เพิ่มความเสี่ยงในการติดเชื้อมากขึ้น เนื่องจาก macrophages ทำหน้าที่ 2 อย่างที่สำคัญคือ การสร้าง enzyme ได้แก่ superoxideradica เพื่อกำจัดเชื้อ ที่สำคัญคือ myeloperoxidase และกลไกของการกระตุ้นการสร้าง cyto kines ที่มีผลต่อการกำจัดเชื้อไวรัส เช่น IL-6, CXCL8, interferon 2 และ interferon 2 และ tumor necrosis factor-2 การศึกษาพบว่าmacrophages ที่สัมผัสกับไนโตรเจนไดออกไซด์ในขนาดสูงเป็นเวลาอันส้น จะลดการสร้าง cytokines เช่น CXCL-8 และ INF-อ ในการตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยแบคที่เรียคือ lipopo lysaccharide โดยไม่มีผลต่อ cytotoxicity(13) นอกจากนี้พบว่า PM 10 และ PMo.1 มีผลต่อการทำหน้าที่ของ macrophages ในการนำส่ง antigen ผ่านทาง antigen presentingcells ไปยัง T lymphocytes อันเป็นกลไกการทำงานร่วมกันของ alveolar macrophages หรือ monocytes และ Tlymphocytes ในการตอบสนองต่อสิ่งแปลกปลอม(14) การสร้าง cytokines ต่อกการอักเสบ พบว่าการตอบสนองของmacrophages ต่อ particulate matter ที่ขนาดแตกต่างกันไป (size) และมีองค์ประกอบ (composition) ที่แตกต่างกันทำให้มีผลการยับยั้งการทำงานที่ต่างกันปฏิกิริยาของเซลล์เยื่อ U(Epithelial interaction) เป็นที่ทราบดีกว่าการติดเชื้อไวรัสนั้นมีผลต่อเยื่อบุทางเดินหายใจตั้งแต่ทางเดินหายใจส่วนบนจนถึงส่วนล่าง ความรุนแรงของการทำลายเยื่อบุหลอดลมจากไวรัสซนิดต่างกันนั้นมีผลที่แตกต่างกันไป เช่น ในกรณีของการติดเชื้อ influenza A ก่อให้เกิดการทำลายของหลอดลม ท่อหลอดลมคอ และกล่องเสียง โดยมีการหลุด
ลอกของเยื่อบุที่มีขนหรือ ciliated epithelial cells (desquamation) อย่างรุนแรง ในขณะที่เชื้อ rhinovirus ทำลายเยื่อบุเพียงเล็กน้อย พบว่ามลพิษทางอากาศไม่ทำลายเยื่อบุจมูก กล่องเสียงและหลอดลมคอ ทันทีหลังสัมผัส เพราะมีองค์ประกอบโครงสร้างของเยื่อบุที่ทนต่อสาร oxidant ที่เรียกว่า extra-cellular ant-oxidant phase การที่มลพิษทางอากาศทำลายเยื่อบุทำให้เกิดรอยรั่วของเยื่อบุที่สารก่อภูมิแพ้ หรือไวรัสจะสามารถลุกล้ำเข้าไปในเยื่อบุของทางเดินหายใจได้ง่ายขึ้น(15) การสัมผัสมลพิษในระยะยาวทำให้เกิดการหลุดลอกของเยื่อบุ การทำหน้าที่โบกพัดของเซลล์ขนผิดไป ทำให้สารก่อภูมิแพ้สามารถเข้าไปลุกล้ำในเยื่อบุ และก่อให้เกิดการอักเสบตามมาได้ นอกจากนี้เยื่อบุหลอดลมยังทำหน้าที่สร้างสารที่มีบทบาทในการป้องกันหลอดลม เช่น nitric oxide หรือ prostaglandin E2 และ prostaglandin E2 ที่ทำหน้าที่ขยายหลอดลม ทำให้หลอดลมขยายเพื่อกำจัดสิ่งแปลกปลอม การศึกษาในหลอดทดลองพบว่าการกระตุ้นหลอดลมโดยใช้ไนโตเจนไดออกไซด์ (NO2) และโอโซน (03) ร่วมกับทำเซลล์เยื่อบุหลอดลมเกิดติดเชื้อ hinovirus ปัจจัยกระตุ้นทั้ง 3 ทำให้เกิดการสร้าง cytokines คือ CXCL8 ที่ทำหน้าที่กระตุ้นเม็ดเลือดขาวนิวโตรฟิลล์โดยเป็นอิสระแก่กัน ผ่านการทำงานของกลไก oxidationพบว่าระดับของไนโตรเจนไดออกไซด์ที่สูงขึ้นร่วมกับการติดเชื้อไวรัสกระตุ้นให้ทางเดินหายใจส่วนบนและส่วนล่างอักเสบ (16) กล่าวได้ว่ามลพิษทางอากาศโดยเฉพาะ oxidant pollution เพิ่มปฏิกิริยาการตอบสนองต่อการติดเชื้อ rhinovirus ให้รุนแรงขึ้น นอกจากจะกระตุ้นให้เกิดผลเสริมฤทธิ์ในแง่การอักเสบที่พบเพิ่มขึ้น การศึกษาพบว่ามลพิษทางอากาศลดการสร้างภูมิคุ้มกันในการทำลายเชื้อไวรัสของร่างกาย การศึกษาในหลอดทดลองพบว่ไนโตรเจนไดออกไซด์ในระดับต่างๆ ทำให้การสร้าง anti-viral cytokines ลดลงในการตอบสนองต่อการติดเชื้อ respiratory syncytial virus รวมทั้งการกักไวรัสในเซลล์(internalization) ลดลง
การศึกษาในหลอดทดลองและในมนุษย์พบว่าการเปลี่ยนแปลงการทำงานของ alveolar macrophages ทำให้เพิ่มความเสี่ยงในการติดเชื้อมากขึ้น เนื่องจาก macrophages ทำหน้าที่ 2 อย่างที่สำคัญคือ การสร้าง enzyme ได้แก่ superoxideradica เพื่อกำจัดเชื้อ ที่สำคัญคือ myeloperoxidase และกลไกของการกระตุ้นการสร้าง cyto kines ที่มีผลต่อการกำจัดเชื้อไวรัส เช่น IL-6, CXCL8, interferon 2 และ interferon 2 และ tumor necrosis factor-2 การศึกษาพบว่าmacrophages ที่สัมผัสกับไนโตรเจนไดออกไซด์ในขนาดสูงเป็นเวลาอันส้น จะลดการสร้าง cytokines เช่น CXCL-8 และ INF-อ ในการตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยแบคที่เรียคือ lipopo lysaccharide โดยไม่มีผลต่อ cytotoxicity(13) นอกจากนี้พบว่า PM 10 และ PMo.1 มีผลต่อการทำหน้าที่ของ macrophages ในการนำส่ง antigen ผ่านทาง antigen presentingcells ไปยัง T lymphocytes อันเป็นกลไกการทำงานร่วมกันของ alveolar macrophages หรือ monocytes และ Tlymphocytes ในการตอบสนองต่อสิ่งแปลกปลอม(14) การสร้าง cytokines ต่อกการอักเสบ พบว่าการตอบสนองของmacrophages ต่อ particulate matter ที่ขนาดแตกต่างกันไป (size) และมีองค์ประกอบ (composition) ที่แตกต่างกันทำให้มีผลการยับยั้งการทำงานที่ต่างกันปฏิกิริยาของเซลล์เยื่อ U(Epithelial interaction) เป็นที่ทราบดีกว่าการติดเชื้อไวรัสนั้นมีผลต่อเยื่อบุทางเดินหายใจตั้งแต่ทางเดินหายใจส่วนบนจนถึงส่วนล่าง ความรุนแรงของการทำลายเยื่อบุหลอดลมจากไวรัสซนิดต่างกันนั้นมีผลที่แตกต่างกันไป เช่น ในกรณีของการติดเชื้อ influenza A ก่อให้เกิดการทำลายของหลอดลม ท่อหลอดลมคอ และกล่องเสียง โดยมีการหลุด
ลอกของเยื่อบุที่มีขนหรือ ciliated epithelial cells (desquamation) อย่างรุนแรง ในขณะที่เชื้อ rhinovirus ทำลายเยื่อบุเพียงเล็กน้อย พบว่ามลพิษทางอากาศไม่ทำลายเยื่อบุจมูก กล่องเสียงและหลอดลมคอ ทันทีหลังสัมผัส เพราะมีองค์ประกอบโครงสร้างของเยื่อบุที่ทนต่อสาร oxidant ที่เรียกว่า extra-cellular ant-oxidant phase การที่มลพิษทางอากาศทำลายเยื่อบุทำให้เกิดรอยรั่วของเยื่อบุที่สารก่อภูมิแพ้ หรือไวรัสจะสามารถลุกล้ำเข้าไปในเยื่อบุของทางเดินหายใจได้ง่ายขึ้น(15) การสัมผัสมลพิษในระยะยาวทำให้เกิดการหลุดลอกของเยื่อบุ การทำหน้าที่โบกพัดของเซลล์ขนผิดไป ทำให้สารก่อภูมิแพ้สามารถเข้าไปลุกล้ำในเยื่อบุ และก่อให้เกิดการอักเสบตามมาได้ นอกจากนี้เยื่อบุหลอดลมยังทำหน้าที่สร้างสารที่มีบทบาทในการป้องกันหลอดลม เช่น nitric oxide หรือ prostaglandin E2 และ prostaglandin E2 ที่ทำหน้าที่ขยายหลอดลม ทำให้หลอดลมขยายเพื่อกำจัดสิ่งแปลกปลอม การศึกษาในหลอดทดลองพบว่าการกระตุ้นหลอดลมโดยใช้ไนโตเจนไดออกไซด์ (NO2) และโอโซน (03) ร่วมกับทำเซลล์เยื่อบุหลอดลมเกิดติดเชื้อ hinovirus ปัจจัยกระตุ้นทั้ง 3 ทำให้เกิดการสร้าง cytokines คือ CXCL8 ที่ทำหน้าที่กระตุ้นเม็ดเลือดขาวนิวโตรฟิลล์โดยเป็นอิสระแก่กัน ผ่านการทำงานของกลไก oxidationพบว่าระดับของไนโตรเจนไดออกไซด์ที่สูงขึ้นร่วมกับการติดเชื้อไวรัสกระตุ้นให้ทางเดินหายใจส่วนบนและส่วนล่างอักเสบ (16) กล่าวได้ว่ามลพิษทางอากาศโดยเฉพาะ oxidant pollution เพิ่มปฏิกิริยาการตอบสนองต่อการติดเชื้อ rhinovirus ให้รุนแรงขึ้น นอกจากจะกระตุ้นให้เกิดผลเสริมฤทธิ์ในแง่การอักเสบที่พบเพิ่มขึ้น การศึกษาพบว่ามลพิษทางอากาศลดการสร้างภูมิคุ้มกันในการทำลายเชื้อไวรัสของร่างกาย การศึกษาในหลอดทดลองพบว่ไนโตรเจนไดออกไซด์ในระดับต่างๆ ทำให้การสร้าง anti-viral cytokines ลดลงในการตอบสนองต่อการติดเชื้อ respiratory syncytial virus รวมทั้งการกักไวรัสในเซลล์ (internalization) ลดลง

สรุป กลไกที่แสดงถึงปฏิสัมพันธ์ของการติดเชื้อไวรัสในทางเดินหายใจและมลพิษทางอากาศ ที่ส่งผลให้เกิดอาการ
ของโรค และโรคระบบทางเดินหายใจยังต้องการการศึกษาเพิ่มขึ้น เชื่อว่า oxidant pollutant กระตุ้นให้เกิดการอักเสบหรือการทำลายโครงสร้างทางเดินหายใจ การกำเริบของโรคทางระบบหายใจเดิม โดยมีผลเสริมฤทธิ์กันระหว่างมลพิษทางอากาศและการติดเชื้อไวรัส ในระดับที่แตกต่างกันไปตามกลไกพยาธิสรีรวิทยาผลกระทบของมลพิษทางอากาศนอกจากทำให้เพิ่มความเสี่ยงต่อการติดเชื้อทางเดินหายใจจากไวรัสและแบคทีเรียดังที่ได้กล่าวไป รวมทั้งผลต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด และต่อระบบทางเดินหายใจ ซึ่งมลพิษทางอากาศอาจมีผลต่อการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าสายพันธ์ใหม่ (SARS-CoV-2) ปริมาณของมลพิษทางอากาศที่วัดจากค่ air quality index (AQI), และมลพิษทางอากาศทั้ง PM2.5, PM 10, NO2 และ CO สัมพันธ์กับอุบัติการณ์ของโรคด COVID-19 ในประเทศจีน(17) พบว่ามลพิษทางอากาศยังสัมพันธ์กับการติดเชื้อและอัตราเสียชีวิตของโรค COVID-19 ในสหราชอาณาจักร(18) แม้ว่าจะมลพิษทางอากาศจะทำให้คุณภาพของอากาศที่วัดจากค่า AQ ดีขึ้นในเมืองที่มีปะชากรหนาแน่นสูงในช่วงการระบาดของโควิด เช่น ใน
อินดเดีย พบว่าในระหว่างสถานการณ์ระบาดของโควิดมีปริมาณมลพิษทางอากาศลดลงอย่างชัดเจน PM2.5, PM 10, NH3, และ S02 (19) อันอาจเกิดจากมาตรการของประเทศในการลดการเดินทางและผลต่ออุตสาหกรรมในช่วงระบาดของไวรัสโคโรน่าสายพันธ์ใหม่

ความรุนแรงของการติดเชื้อไวรัสดังกล่าวในประชากรที่อาศัยในเมืองหรือพื้นที่ที่ต้องสัมผัสกับมลพิษทางอากาศ กรณี
ติดเชื้อในทางเดินหายใจ หรือทำลายระบบทางเดินหายใจมีความรุนแรงของโรค COVID-19 มากกว่าประชากรที่ไม่ได้สัมผัสมลพิษทางอากาศ (20)การศึกษาทางระบาดวิทยา systematic review พบว่าประวัติการสัมผัสกับมลพิษทางอากาศ ทั้งกาซ ได้แก่ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2), และฝุ่น particulate matter ทั้ง PM2.5 และ PM 10 เพิ่มการแพร่กระจายของไวรัสโคโรน่าสายพันธ์ใหม่จากจำนวนผู้ยืนยันรายป่วย (confirmed cases) และการเสียชีวิตจากการติดเชื้อไวรัสดังกล่าว เชื่อว่าเกิดจากมลพิษทางอากาศมีผลต่อการแสดงอออกของตัวรับ ACE-2 receptors สำหรับการติดเชื้อ SARS-COV-1 และ SARS-CO-V2 บนผิวของเซลล์เยื่อบุ (bronchial epithelial cells) ของระบบทางเดินหายใจ พบว่าประเทศที่มีปัญหามลพิษทางอากาศรุนแรงมีจำนวนผู้ป่วยโรค COVID-19 สูงมาก ยังพบว่าระดับของมลพิษทางอากาศนั้นสัมพันธ์กับความรุนแรงของโรค COVID-19 (21)

กล่าวได้ว่ามลพิษทางอากาศและการติดเชื้อ COVID-19 เป็นทฤษฎี double hit theory จากที่การสัมผัสกับมลพิษ
ทางอากาศในระยะยาวต่อฝุ่น PM2.5 (chronic exposure to PM 2.5) ทำให้เกิดตัวรับของไวรัสในทางเดินหายใจมากขึ้น (alveolar ACE-2 receptor ove rexpression) (22)โดยที่มลพิษทางอากาศทำให้การแพร่กระจายของไวรัสมากขึ้น หรือมลพิษทางอากาศทำให้โรค COVID-19 นั้นมีความรุนแรงขึ้นจากภาวะแทรกซ้อนหรือความเจ็บป่วยทีเกิดจากมลพิษทางอากาศ การศึกษาในประเทศจีนพบว่าผลจากมาตการการล้อกดาวน์ พบว่าลดปริมาณมลพิษทางอากาศและอาจมีผลทำให้การแพร่กระจายของโรค COVID-19 ลดลง (23)

อย่างไรก็ตามความสัมพันธ์ระหว่าง มลพิษทางอากาศและผลต่อโรค COVID-19 (24) เป็นผลเสริมกันซึ่งนำมาสู่
มาตรการลดมลพิษทางอากาศในเชิงนโยบาย อาจมีผลช่วยลดการแพร่กระจายของไวรัส SARS-Co V-2 ต้องมีการศึกษาแบบมีระเบียบวิธีวิจัยต่อไป ในแง่ของกลไกก่อโรค ผลของมาตรการเชิงป้องกันและเชิงแก้ไขสำหรับการนำไปใช้ในทางปฏิบัติการรักษาการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าสายพันธ์ใหม่ เนื่องจากปัจจุบันมียาต้านไวรัสหลายชนิดที่ออกฤทธิ์ผ่านกลไกที่แตกต่างกัน ประกอบไปด้วยยาต้านไวรัส ยาที่มีผลต่อการติดเชื้อของไวรัส SA RS CoV-2 ในเซลล์ และระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วย (25)ได้แก่ ยาต้านไวรัส ออกฤทธ์ยับยั้งเอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase เช่u Favipiravir และ Remdesivir ซึ่งเคยใช้ในการรักษาการติดเชื้อ Ebola และยาออกฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ 3-chymotrypsin like protease เช่น Lopinavirและ Darunavir ที่ปกตินำมาใช้ในการรักษาไวรัส HIV/AIDS ยาต้านไวรัสออกฤทธิ์ยับยั้งการจับ (interaction) ของ S protein ของไวรัส กับ ACE2 receptor บนผิวเซลล์ เช่น umifenovir (Arbidol) าที่ยับยั้งไวรัสเข้าเชลล์ (Inhibitviral entry และขบวนการ endocytosis รวมทั้งปรับระบบภูมิคุ้มกัน (immunomodulation) เช่น hyd roxych I oroquine และ chloroquine เป็นต้น ซึ่งปัจจุบันไม่แนะนำให้ใช้ในการรักษา COVID-19 แล้ว ยาที่จับตัวรับสารเหนี่ยวนำการอักเสบ (inflammatory cytokine receptors) เช่น IL-6 receptor ยับยั้งการกระตุ้น IL-6 receptors และขบวนการในเซลล์ เช่น Tocilizumab และ Sarilumab สำหรับยากลุ่ม systemic corticosteroid องค์การอนามัยโลกไม่แนะนำให้นำมาใช่ในการรักษาโรค COVID-19 ในกรณีทั่วไปเนื่องจากเนื่องจากยา systemic corticosteroid มีผลลดภูมิคุ้มกันของร่างกายที่ต่อต้านการติดเชื้อไวรัส (impaired antiviral immunity ได้ ใช้ในการรักษาหืดกำเริบ โดยเฉพาะผู้ป่วยหืดที่ควบคุมโรคไมมีความเสี่ยงต่อติดเชื้อไวรัสและกระตุ้นให้หึดกำเริบจากเยื่อบุหลอดลมศูนย์เสียโครงสร้างและการทำงาน

แม้ว่าโรคหืดกับความเสี่ยงในการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ใหม่จะมีข้อมูลที่ไม่ชัดเจน แต่พบว่าโรคหืดและปอดอุด
กั้นเรื้อรังมีโอกาสเกิดอาการที่รุนแรงหลังจากติดเชื้อไวรัสดังกล่าวได้มากกว่าประชากรทั่วไป องค์การอนามัยโลกได้ระบุว่าผู้ป่วยหืดมีโอกาสเกิดโรค COVID- 19 ที่อาการจุนแรง และในกรณีที่ หืดกำเริบฉับพลันจากการติดเชื้อไวรัสดังกล่าว รวมทั้งไวรัสอื่น ๆ ทำให้มีผลต่อการสูญเสียความมั่นคงของเยื่อบุหลอดลม (bronchial epithelial integrity และมีการอักเสบของหลอดลมรุนแรงขึ้นหลังติดเชื้อไวรัส(26) ยา systemic co rticosteroid อาจได้ป ระโยชน์ เนื่องจากยาลด type-2 in flam mation และปรับเพิ่ม antiviral immunity ของผู้ป่วยหืดที่สูญเสียไปได้ ซึ่งต่างจากการให้ยาดังกล่าวในผู้ป่วย COVID-19 ที่ไม่มีหืดกำเริบฉับพลันที่ไม่แนะนำให้ใช้ยา systemic corticosteroid ดังกล่าว(27)

สรุป (Conclusions)
มลพิษทางอากาศประกอบไปด้วยกาซต่างๆ เช่นไนโตรเจนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และแอมโมเนีย ฝุ่น particulate matter (PM) ทั้ง PM2.5 และ PM 1 0 พบว่าทำให้เกิดผลกระทบต่อร่างกายในทุกระบบทั้งภายนอกและภายในทำให้เกิดผลต่อระบบทางเดินหายใจ เพิ่มความเสี่ยงต่อภาวะจมูกอักเสU (rhinitis) โรคหืด (asthma) โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (chronic obstructive pulmonary diseases) ปอดติดเชื้อ (pneumonia) มะเร็งปอด (lung cancer) และการเสียชีวิตฉับพลันก่อนเวลา (premature death) การติดเชื้อทางเดินหายใจและการสัมผัสกับมลพิษทางอากาศ มีผลในเชิงส่งเสริมผลของการติดเชื้อผ่านทางกลไกของมลพิษต่อการติดเชื้อทั้งจากการสูญเสียหน้าที่ของเยื่อบุหลอดลม และการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันโดยมีผลต่อการทำงานของ macrophages ผลของมลพิษทางอากาศทั้ง ไนโตรเจนไดออกไซด์ และฝุ่น particulate matter ต่อการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าสายพันธ์ใหม่ (SARS-Co V-2) ทำให้มีความเสี่ยงในการติดเชื้อเพิ่มขึ้น และเพิ่มความรุนแรงของโรค COVID-19 และผลของการควบคุมมลพิษในเชิงนโยบายอาจมีผลลดความเสี่ยงต่อการการติดเชื้อที่ลดลง รวมทั้งการป้องกันการสัมผัสกับมลพิษทางอากาศด้วยอุปกรณ์ป้องกันกับการลดลงของการติดเชื้อ ต้องการการศึกษาต่อไปในเพื่อการนำไปใช้ในทางเวชปฏิบัติต่อไป

รศ.นพ.ธีระศักดิ์ แก้วอมตวงศ์