กลุ่มไวรัสก่อโรคระบบทางเดินหายใจ

โรคติดเชื้อเฉียบพลันของทางเดินหายใจ  (acute  respiratory  infection ,  ARI )  เป็นสาเหตุสำคัญของการป่วยและตายของทารกที่พบได้ทั่วไป   คาดว่าเด็กทั่วโลกเสียชีวิตจากโรคนี้ปีละไม่ต่ำกว่า 6 ล้านคนและร้อยละ 96 เป็นเด็กในประเทศที่กำลังพัฒนา อัตราของเด็กที่เป็นโรคติดเชื้อระบบทางเดินหายใจจะสูงกว่าเด็กที่ป่วยเป็นโรคอุจาระร่วง  แม้จะมีอัตรารับเข้ารักษาตัวในโรงพยาบาลต่ำกว่า

ระบบทางเดินหายใจของร่างกายแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนบน (upper  respiratory tract) และส่วนล่าง (lower respiratory tract)   ส่วนบนคือ ตั้งแต่โพรงจมูก (nasal  cavity) , คอหอย  (pharynx) ไปจนถึงกล่องเสียง (larynx)  ส่วนล่าง นับจากกล่องเสียงลงไป  หลอดลมคอ    หลอดลมใหญ่    หลอดลมฝอย (bronchiole) ถุงลมปอด    (alveoli) และปอด( lung)    การติดเชื้อซึ่งเกิดขึ้นที่ตำแหน่งเหล่านี้จึงแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ

1. อาการหรือโรคติดเชื้อของระบบทางเดินหายใจส่วนบน( upper  respiratory tract infection ,  URI ) เช่น

หวัด  ได้แก่   อาการไข้  ไอ   น้ำมูกไหล   คออักเสบ   คอตีบ ซึ่งเกิดจากแบคทีเรีย  Corynebacterium  diphtheriae หูชั้นกลางอักเสบ

                2. อาการหรือโรคติดเชื้อของระบบทางเดินหายใจส่วนล่าง( lower respiratory tract  infection ,  LRI ) เช่น กล่องเสียง  หลอดลมอักเสบ   หลอดลมฝอยอักเสบ  ปอดอักเสบหรือปอดบวม

โรคติดเชื้อไวรัสระบบทางเดินหายใจเป็นโรคเฉียบพลัน  พบได้ในทุกช่วงอายุ  แต่อุบัติการณ์ค่อนข้างสูงในเด็กเล็ก  และไวรัสแต่ละชนิดพบได้บ่อยในช่วงอายุแตกต่างกัน เช่น  RSV  และ  parainfluenza  viruses   พบได้บ่อยในเด็กเล็ก    ส่วน  influenza  viruses พบได้บ่อยกว่าในเด็กโตและผู้ใหญ่

Parainfluenza viruses

        เชื้อ Parainfluenza viruses  จัดอยู่ใน Family Paramyxoviridae  ซึ่งประกอบขึ้นด้วย  4  genera คือ  Genas Paramyxovirus  สมาชิกที่ก่อโรคในคนคือ   Parainfluenza virus types 1 และ 3 ซึ่งก่อโรคระบบทางเดินหายใจ

Genus Rubulavirus  สมาชิกที่ก่อโรคในคนคือ   parainfluenza  virus type 2, 4a และ 4b, Mumps virus ซึ่งติดต่อจากสัตว์ปีกมาก่อโรคตาแดงในคน 

Genus  Morbillivirus  สมาชิกก่อโรคในคน  คือ  ไวรัสก่อโรคหัด ( measles virus )

                               

       Genus  Pneumovirus   สมาชิกสำคัญคือ  respiratory  syncytial virus ( RSV )  ซึ่งเป็นเชื้อก่อโรคทางเดินหายใจที่สำคัญในเด็กเล็ก

Family Paramyxoviridae  มีคุณสมบัติที่สำคัญดังนี้ คือ

            1. มียีโนมเป็น  negative standed RNA สายเดี่ยว  แคปซิดเรียงตัวแบบ  helical  symmetry  ล้อมรอบด้วย  envelope  ซึ่งเป็นสารไกลโคโปรตีนและไขมัน  มีรูปร่างได้หลายแบบ  ลักษณะทั่วไป  ค่อนข้างกลม  ขนาดประมาณ  125-300 นาโนเมตร

             2.  บน  envelope มีปุ่มไกลโคโปรตีนอยู่  2 ชนิด  ปุ่มขนาดใหญ่เป็นตำแหน่งของฮีแมกกลูตินิน  และ  นิวรามินิเดสอยู่ด้วยกันรวมเรียกว่า  HN โดย H  ทำหน้าที่เกี่ยวกับการเกาะติดของไวรัสบนผิวเซลล์  และ N ทำหน้าที่เกี่ยวกับการปลดปล่อยเชื้อไวรัสออกจากเซลล์ที่ติดเชื้อ  ส่วนปุ่มขนาดเล็กเป็นตำแหน่ง  fusion (F)  protein ทำหน้าที่เกี่ยวกับการรวมตัวของเซลล์ให้เป็นเซลล์ใหญ่มีหลายนิวเคลียส  ( syncytial cell ) ส่วน hemolysin  อยู่บน F  protein

ชั้นในถัดจาก envelope มีชั้น non-glycosylated  protein  เรียกว่า  M  หรือ matrix  protein  ภายในตรงกลางมี  RNA-dependent  RNA polymerase

          3. เชื้อใน Family Paramyxoviridae   เพิ่มจำนวนในไซโตพลาสซึมของเซลล์  พบ  inclusion  body  ในไซโตพลาสซึม  ยกเว้นไวรัสหัดมี inclusion  body   ทั้งในนิวเคลีสและ  ไซโต พลาสซึม

           4. เชื้อเจริญได้ดีในเซลล์เพาะเลี้ยงหลายชนิดและให้  cytopathic effect ( CPE ) แบบ  syncytial cell  เชื้อคางทูมและ parainfluenza  viruses บางสายพันธุ์เจริญได้ในไข่ฟักแต่ไม่ใคร่ดีนัก

            5. สมาชิกส่วนใหญ่  ทำให้เกิดการติดเชื้อแบบเรื้อรังในเซลล์เพาะเลี้ยง  เชื้อเพิ่มจำนวนได้เป็นเวลานาน  โดยเซลล์ไม่ตาย ( persistent noncytocidal  infection ) การติดเชื้อแบบนี้ของ measles virus  ในคนทำให้เกิดโรคของระบบประสาท ที่เรียกว่า  subacute  sclerosing  panencephalitis (SSPE )

           6. กลุ่ม Paramyxoviruses  มีการติดต่อแพร่เชื้อจากเซลล์หนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่ง ( cell-to-cell infection ) โดยใช้ H เป็น attachment site จับกับ receptor บน host cell จากนั้น  F glycoprotein  ทำหน้าที่เชื่อม envelope ของไวรัสและ  membrane ของเซลล์เข้าด้วยกัน F จะทำงานได้หลังจากที่  F₀ ซึ่งเป็น  inactive precursor  อยู่ในสภาพไม่ทำงานถูกย่อยกลายเป็น F₁ และ F₂ ด้วย protease ของ  host cell

พยาธิกำเนิดและลักษณะอาการทางคลินิก

                เชื้อไวรัสเข้าสู่ร่างกายทางการหายใจ  ระยะฟักตัวของโรคประมาณ 2-6 วัน  การติดเชื้อ parainfluenza  viruses เกิดที่เซลล์เยื่อบุของระบบทางเดินหายใจเท่านั้น  ถึงแม้ว่าจะมีหลักฐานแสดงถึงภาวะที่มีไวรัสในเลือด  แต่ยังไม่มีรายงานอาการหรือโรคที่เกี่ยวกับอวัยวะอื่นๆ

ลักษณะอาการที่พบได้คือ

                     1.  การอักเสบของทางเดินหายใจส่วนบน  ได้แก่ อาการไข้หวัด ไข้  ปวดเมื่อยตัว  ไอ  อาการคล้ายไข้หวัดใหญ่และคออักเสบ  พบได้ในคนทุกวัยจากการติดเชื้อของ parainfluenza ทุก type

          2.  การอักเสบของทางเดินหายใจส่วนล่าง  ได้แก่ อาการกล่องเสียง  หลอดลมคอ  และหลอดลมอักเสบ ( laryngotracheobronchitis ) หรือเรียกว่า croup ( ครู๊ป ) เป็นอาการที่พบบ่อยในเด็กเล็ก  อายุ 1-4 ปี  มักเกิดจาก  type 1,2 และ 3  อาการ croup ที่เกิดจากเชื้อ parainfluenza  viruses รุนแรงกว่าและพบได้บ่อยกว่าที่เกิดจากเชื้อ RSV

อาการหลอดลมอักเสบ  หลอดลมฝอยอักเสบ และปอดบวม  อาการเหล่านี้พบบ่อยในเด็กเล็กอายุต่ำกว่า 1 ปี ซึ่งมักเกิดจาก type 3  มากกว่า type 1  อย่างไรก็ตามเชื้อต้นเหตุพบได้น้อยกว่าที่เกิดจากเชื้อ RSV

การควบคุมและป้องกัน

      

             ในปัจจุบันยังไม่มียารักษาและป้องกันจำเพาะ  มีการใช้ ribavirin ในการรักษาโรคติดเชื้อ parainfluenza viruses ในเด็กที่มีระบบอิมมูนบกพร่อง  อย่างไรก็ตามมิได้มีการวัดประสิทธิผลของยาอย่างแน่ชัด วัคซีนต่อ Type3 กำลังอยู่ในระหว่างพัฒนา  วัคซีนตัวตายไม่มีผลในการป้องกันโรคถึงแม้ว่าจะตรวจพบแอนติบอดีในผู้รับวัคซีน  วัคซีนที่อยู่ในความสนใจคือวัคซีนเชื้อมีชีวิตอ่อนฤทธิ์ 2 ชนิด  ชนิดแรกคือใช้ bovine parainfluenza virus type3 ซึ่งจะให้ภูมิคุ้มกันข้ามต่อ human parainfluenza virus อีกชนิดหนึ่งคือ

Cold-adapted vaccines นอกจากนี้มี polypeptide สังเคราะห์ซึ่งมีโครงสร้างคล้าย F₁ fusion protein

Respiratory syncytial virus (RSV)

                เชื้อ RSV มีบทบาทสำคัญในการก่อโรคติดเชื้อทางเดินหายใจในเด็กอายุต่ำกว่า 1 ปี เชื้อนี้แยกได้เป็นครั้งแรกจากทางเดินหายใจลิงชิมแปนซีซึ่งป่วยมีอาการเป็นหวัดกันทั้งฝูง  ให้ชื่อว่า chimpanzee coryza agen (CCA) ต่อมาแยกเชื้อได้จากเด็กที่เป็นปอดบวมและจากเด็กที่มีอาการ croup เชื้อ RSV มีลักษณะพิเศษคือเมื่อเลี้ยงในเซลล์เพาะเลี้ยงจะให้ CPE เป็น syncytial cell ขนาดใหญ่  จึงได้ชื่อว่า respiratory syncytial vins หมายถึงว่าเป็นไวรัสที่แยกได้จากทางเดินหายใจ  และทำให้เกิด CPE แบบเซลล์หลายเซลล์มาเชื่อม (fus)กัน

                เชื้อ RSV เป็นสมาชิก จัดอยู่ใน family Paramyxoviridae,Genus Pneumovirus คุณสมบัติโดยทั่วไปเหมือนกัน paramyxoviruses คุณสมบัติสำคัญที่ต่างไปคือ ที่ envelope ของ RSV มีปุ่มขนาดใหญ่ยื่นออกไป  แต่ใม่มีคุณสมบัติของทั้งฮีแมกกลูตินินและนิวรามินิเดส  ส่วนปุ่มขนาดเล็กมี fusion (F) protein ซึ่งทำให้เซลล์ติดเชื้อมีการเชื่อมรวมตัวกันเป็น syncytial cell เชื้อ RSV มีปุ่มอีกแบบหนึ่งซึ่งมีขนาดเล็กกว่า F protein คือ G protein วึ่งทำหน้าที่เกาะติดกับ host cell

                ในขณะนี้อาจจำแนกเชื้อ RSV ออกเป็น 2 subgroups คือ 1 และ 2 หรือ A และ B โดยทำปฏิกิริยากับ monoclonal antibody จำเพาะ  แต่ถ้าทำการทดสอบโดยวิธี CF จะแยก subgroup ไม่ได้  เนื่องจากมีแอนติเจนร่วมกัน

                เชื้อ RSV ทำให้เกิดโรคต่อระบบทางเดินหายใจทั้งส่วนบนและส่วนล่าง  ในทารกและเด็กเล็กจะติดเชื้อได้ง่ายและมีอาการรุนแรง  อาการที่พบบ่อย  ได้แก่

                   1.ทางเดินหายใจส่วนบนอักเสบและมีไข้        

                   2.ทางเดินหายใจส่วนล่างอักเสบ  

ไวรัสอื่นๆ

     นอกจากไว้รัสที่ได้กล่าวมาข้างต้นแล้ว  ยังมีไวรัสอีกเป็นจำนวนมากที่สามารถทำให้เกิดการติดเชื้อของระบบทางเดินหายใจด้วย  เช่น

                Herpes simplex virus ทำให้เกิดอาการคอเจ็บ (pharyngitis) ซึ่งอาจพบร่วมกับการเป็นแผลที่เหงือกและช่องปาก (gingivostomatitis) ด้วย

              Cytomegalovirus (CMV) การติดเชื้อครั้งแรกมักเป็นแบบไม่ปรากฏอาการ  หรือเกิด  pharyngitis  หรือก่ออาการคล้ายไข้หวัดใหญ่ (influenza-like illness) ในผู้ที่มีระบบภูมิคุ้มกันปกติ  แต่การติดเชื้อที่เกิดในผู้มีระบบภูมิคุ้มกันบกพร่องอาจทำให้เกิดอาการปอดบวมรุนแรงจนถึงแก่ชีวิต

            Epstein-Barr virus (EBV) การติดเชื้อไวรัสชนิดนี้ในเด็กเล็กจะทำให้เกิดอาการอย่างอ่อนของโรคระบบทางเดินหายใจส่วนต้น  แยกไม่ได้จากการติดเชื้อไวรัสตัวอื่น

Enteroviruses เชื้อไวรัสใน  genus นี้เกือบทุกตัวตรวจพบได้ในระบบทางเดินอาหาร  และทุกตัว  ยกเว้น  hepatits A virus  ก่อการติดเชื้อในระบบประสาทได้  นอกจากนี้ยังทำให้เกิดลักษณะอาการทางคลินิกอย่างอื่นด้วย  enteroviruses ที่ติดเชื้อทางระบบหายใจและก่อโรคกับระบบหายใจ 

การวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการ

        ไวรัสที่ทำให้เกิดโรคระบบทางเดินหายใจมีได้มากมายหลายชนิด  และแต่ละชนิดก็ทำให้เกิดลักษณะอาการทางคลินิกได้หลายแบบ  และในทำนองเดียวกันโรคหรือลักษณะอาการเดียวก็อาจมีสาเหตุจากการติดเชื้อไวรัสได้หลายชนิด  ดังนั้นการบอกถึงตัวเชื้อต้นเหตุจึงทำได้โดยอาศัยการวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการเท่านั้น

                1.การตรวจจากตัวอย่างตรวจโดยตรง  ตัวอย่างตรวจ  เช่น  สิ่งดูดจากนาโสฟาริงซ์ (nasopharyngeal aspirate) สิ่งดูดจากหลอดลม (tracheobronchial aspirate) และ  bronchoalveolar lavage  ซึ่งเก็บใน  transport media หรือชิ้นเนื้อเมื่อผู้ป่วยถึงแก่กรรม  ในตัวอย่างตรวจดังกล่าวจะมีเซลล์ติดเชื้อหลุดร่วงปนออกมา  ถ้ามีมูกจะต้องปั่นล้างเซลล์หลายครั้งห้หมดมูกเสียก่อนนำเซลล์ไปป้ายบนกระจกสไลด์หลายๆ ตำแหน่ง  แล้วนำไปทดสอบโดยวิธี  immunofluorescence กับแอนติซีรั่มจำเพาะต่อเชื้อไวรัสหลายๆ ชนิด  เพื่อตรวจหาแอนติเจนของไวรัส  วิธีนี้จัดเป็นวีการวินิจฉัยโดยรวดเร็ว (rapid diagnosis) สำหรับโรคติดเชื้อระบบทางเดินหายใจ

                วิธีนี้มีข้อจำกัดอยู่ที่ว่าจะวินิจฉัยได้เฉพาะไวรัสบางชนิดที่สามารถเตรียมแอนติซีรั่มจำเพาะขึ้นมาใช้ได้เท่านั้น  จึงมักใช้ตรวจวินิจฉัยไวรัสสาเหตุก่อโรคที่พบได้บ่อย  เช่น  influenza viruses, RSV, parainfluenza types 1-3 และ  adenovirus

                นอกจากนี้มีการตรวจหาแอนติเจนของไวรัสในสภาพสารละลายโดยวิธี ELISA ด้วย

               2.การแยกเชื้อและการพิสูจน์เชื้อ  ตัวอย่างตรวจ  เช่น  ส่วนน้ำใสที่ได้จากการปั่นสิ่งดูดจากนาโสฟาริงซ์  เสมหะที่เก็บใน  transport  media, nasal  wash, nasal swab, thoat  swab หรือน้ำกลั้วคอ  แต่ได้พบว่า thoat  swab มีโอกาสแยกเชื้อได้ต่ำตัวอย่างตรวจจากนาโสฟาริงซ์  ควรเก็บตัวอย่างตรวจภายใน  3  วันภายหลังอาการ

                การแยกเชื้อไวรัส  จะต้องใช้เซลล์เพาะเลี้ยงหลายประเภทเพื่อที่จะครอบคลุมชนิดของไวรัสได้กว้างขวาง 

                Respiratory syncytial virus เจริญเพิ่มจำนวนได้ดีในเซลล์คน เช่น HeLe, HEp-2 และ MRC-5 ที่อุณหภูมิ  35 องศา  เซลล์ติดเชื้อเปลี่ยนแปลงรูปร่างเกิด CPE ซึ่งมีลักษณะเป็นเซลล์หลายเซลล์มาเชื่อมหลอมรวมกันเป็นเซลล์ที่มีหลายนิวเคลียส  เรียกว่า  syncytial cell  บางเซลล์มีนิวเคลียสถึง 50-100 เม็ด  นิยมพิสูจน์เชื้อที่แยกได้  โดยนำเซลล์ที่ติดเชื้อไปย้อมด้วยวิธี immunofluorescence

                Adenoviruses  เจริญได้ดีในเซลล์คน เช่น HeLe, HEp-2 และ MRC-5 เช่นกัน  ใช้อุณหภูมิ 35-36 องศา เซลล์ติดเชื้อให้ CPE ลักษณะกลม วาวแสง อยู่กันเป็นกลุ่ม  และไซโตพลาสซึมของเซลล์ในแต่ละกลุ่มจะยื่นเป็นสายไปแตะกันทำให้มองเห็นลักษณะคล้ายผ้าลูกไม้โปร่ง การพิสูจน์เชื้อที่แยกได้ทำโดยย้อมเซลล์มี CPE ด้วยวิธี immunofluorescence ซึ่งจะบอกได้เพียงว่าเชื้อนั้นเป็น Adenoviruses หรือไม่ แต่ถ้าต้องการทราบถึง type จะต้องทดสอบด้วยวิธี NT

                Rhinoviruses เชื้อนี้เจริญได้ดีใน human  fibroblast เท่านั้น เช่น เซลล์ WI-38 หรือ MRC-5 การแยกเชื้อทำที่อุณหภูมิ  33 องศาเซลเซียส และจะใส่หลอดเซลล์เพาะเลี้ยงที่หยอดตัวอย่างตรวจแล้วใน  roller drum ทำให้หลอดเซลล์หมุนไปได้รอบ  มีการถ่ายเทอากาศในน้ำเลี้ยงเซลล์ได้ดีขึ้น  เชื้อ Rhinoviruses ทำให้เกิด CFE เซลล์รูปร่างกลมเกิดเป็นเซลล์เดี่ยวกระจายทั่วทั้งหลอด  ลักษณะ CFE ของ Rhinoviruses จะคล้ายกับ enteroviruses  แต่แยกจากกันได้โดยการทดสอบความเป็นกรด  เชื้อ Rhinoviruses ไม่ทนกรด แต่ enteroviruses จะทนกรดได้ดี  การพิสูจน์ typeของ Rhinoviruses ทำได้โดย neutralization test  แต่ไม่เป็นที่นิยม  เพราะมีจำนวน type มากมาย  คงนิยมทำสำหรับ enteroviruses เท่านั้น

               3.  การตรวจหาแอนติบอดี  นิยมตรวจหาแอนติบอดีไตเตอร์ในซีรั่มคู่โดยวิธี CF หรือถ้าเป็นไวรัสที่มีสารฮีแมกกลูตินินก้อาจทดสอบโดยวิธี HI ได้  ถ้า convalescent  serum  มีแอนติบอดีไตเตอร์สูงกว่าซีรัมแรกอย่างน้อยสี่เท่า  แสดงว่าผู้ป่วยติดเชื้อไวรัสที่นำมาใช้เป็นแอนติเจนในการทดสอบนั้น

                ข้อจำกัดของการตรวจหาแอนติบอดีก็คือ  ต้องมีแอนติเจนเฉพาะสำหรับแต่ละไวรัสเพื่อการทดสอบ

                สำหรับการตรวจหา IgM จำเพาะเพื่อวินิจฉัยไวรัสก่อโรคระบบทางเดินหายใจนั้น การวินิฉันในการทดสอบผู้ป่วยของโรงพยาบาลศิริราชชี้ให้เห็นว่า อาจไม่เป็นประโยชน์เท่าที่ควรถ้านำมาใช้ในเด็กเล็ก  ทั้งนี้เนื่องจากมีไวรัสก่อโรคหลายชนิด และเชื้อแต่ละชนิดให้ลักษณะอาการทางคลินิกที่คล้ายคลึงกัน  เด็กเล็กติดเชื้อไวรัสเหล่านี้ได้บ่อย การเกิดโรคระบบทางเดินหายใจในเด็กเล็กเกิดขึ้นได้หลายครั้งในหนึ่งปี  ในขณะที่ IgM  จำเพาะต่อการติดเชื้อครั้งเดิมยังไม่หมดไปเด็กก็ติดเชื้อก่อโรคระบบทางเดินหายใจชนิดใหม่อีกแล้วการแปลผลการวินิจฉัยโรคด้วยการตรวจหา IgMจำเพาะในซีรัมจึงอาจผิดพลาดได้

                นอกจากนี้ในเด็กป่วยบางรายในห้องปฏิบัติการตรวจพบแอนติเจนของไวรัสในเซลล์จากนาโสฟาริงซ์และแยกเชื้อไวรัสจากผู้ป่วยด้วย อาจไม่สามารถสร้างแอนติบอดีจำเพาะตอบสนองต่อการติดเชื้อไวรัสนั้น  ทั้งนี้เนื่องจากระบบอิมมูนของเด็กยังไม่สมบูรณ์พอ   ในผู้ป่วยเด็กอายุต่ำกว่า 5 ปีที่รับไวรัสในโรงพยาบาลศิริราชเนื่องจากติดเชื้อระบบทางเดินหายใจส่วนล่างจากเชื้อ RSV มีน้อยรายมากที่สามารถสร้างอิมมูโนโกลบุลินจำเพาะชนิด  IgG, IgA และ  IgM    ได้ทั้ง 3 classes

 _