บทคัดย่อ
ปัจจุบันปัญหาหนึ่งที่สำคัญและมีผลกระทบต่อประชากรทั่วโลกทั้งในด้านสุขภาพ เศรษฐกิจและสังคม คือ ปัญหามลพิษจากฝุ่นละอองในอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฝุ่นละออง (Particulate Matter, PM) ซึ่งก่อให้เกิดการเสียชีวิตของผู้คนเพิ่มขึ้นในอัตราที่สูง กล่าวคือ จำนวนผู้เสียชีวิตจากการได้รับฝุ่นละอองขนาดเล็กเพิ่มขึ้นในช่วงสิบปีที่ผ่านมา นอกจากนี้ยังมีรายงานผลกระทบทางเศรษฐกิจของฝุ่นพิษ PM เกิดขึ้นคิดเป็นร้อยละ 1.4-2.3 ของผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศจีน PM สามารถจัดจำแนกตามเส้นผ่านศูนย์กลางได้เป็น 3 ขนาด ได้แก่ Coarse PM, Fine PM และ Ultrafine PM จากการศึกษาก่อนหน้า พบว่า ฝุ่นละอองชนิด Fine PM หรือ PM2.5 ส่งผลต่อสุขภาพอย่างมาก และยังมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการกำเริบของโรคหืดและโรคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบทางเดินหายใจ แต่ยังไม่มีการศึกษาผลกระทบที่เป็นมาตรฐานของฝุ่นละออง PM2.5 จากสถานที่ต่างๆ ในประเทศไทย ต่อความสัมพันธ์ของการพัฒนาโรคทางเดินหายใจในคนปกติและในผู้ป่วยโรค Allergic Rhinitis นอกจากนี้ยังขาดการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพที่สัมพันธ์กับการก่อโรคอย่างชัดเจน การศึกษานี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อหาความสัมพันธ์ของ PM2.5 ต่อโรคจมูกอักเสบภูมิแพ้ โดยใช้เซลล์ Nasal Epithelium จากอาสาสมัครเป็นตัวแทนในการศึกษา เพื่อเป็นแนวทางการป้องกันและ/หรือช่วยบรรเทาและ/หรือรักษาโรคภูมิแพ้จากฝุ่นละออง PM2.5 ที่มาจากแหล่งต่างๆ ผลการศึกษาพบว่า เซลล์เพาะเลี้ยงเยื่อบุทางเดินหายใจทั้งทางเดินหายใจส่วนบนจากเยื่อบุโพรงจมูก RPMI-2650 และเซลล์เยื่อบุทางเดินหายใจส่วนล่างจากเยื่อบุผิวปอด ได้แก่ A549, H1975 และ H2228 มีการตอบสนองต่อฝุ่น PM10 และ PM2.5 ที่แตกต่างกัน โดยพบว่าฝุ่น PM10 เป็นพิษต่อเซลล์ RPMI-2650 และ H2228 น้อยกว่าเซลล์ H1975 แต่ฝุ่น PM2.5 ซึ่งได้จากท่อไอเสียรถยนต์มีความเป็นพิษต่อเซลล์ H1975 มากกว่าเซลล์ H2228 ในส่วนของการสร้างไซโตไคน์ พบว่า เซลล์ H1975 และ H2228 เมื่อสัมผัสกับฝุ่น PM10 จะสร้างไซโตไคน์ในระดับที่แตกต่างกัน โดยเซลล์ H2228 จะสร้างไซโตไคน์ TGF-β มากกว่าเซลล์ H1975 ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการตอบสนองเชิงกลไกของฝุ่นต่อเซลล์แต่ละชนิด และผลจากการวิเคราะห์องค์ประกอบของฝุ่น PM10 และ PM2.5 จากตัวอย่างฝุ่นที่เก็บได้บริเวณเขตเมืองในกรุงเทพมหานคร พบว่า มีธาตุที่มีค่าครึ่งชีวิตสั้นและปานกลางเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ อลูมิเนียม (Al-28) คลอรีน (Cl-38) แมงกานีส (Mn-56) โซเดียม (Na-24) วาเนเดียม (V-52) และแคลเซียม (Ca-49) นอกจากนี้ผลการศึกษาในเซลล์เยื่อบุโพรงจมูก (Nasal Epithelium) ที่แยกได้จากอาสาสมัครที่เป็นโรคจมูกอักเสบภูมิแพ้ พบว่า ฝุ่น PM2.5 มีความเป็นพิษต่อเซลล์เยื่อบุโพรงจมูก โดยทำให้เซลล์มีอัตราการรอดชีวิตลดลง เหนี่ยวนำให้เซลล์เกิดการตายแบบ Apoptosis มีผลไปเพิ่มการสร้าง ROS ในเซลล์ให้สูงขึ้น และส่งผลกระทบต่อการทำงานของภูมิคุ้มกันในระบบ Innate และ Adaptive immunity โดยทำให้เกิดการหลั่งของไซโตไคน์ IL-1β, IL-6 และ TNF-α ที่แตกต่างกัน เพื่อตอบสนองต่อกระบวนการอักเสบของเซลล์ โดยเฉพาะมีผลไปเพิ่มการหลั่งของไซโตไคน์ IL-6 และเพิ่มการแสดงออกของยีน IL-1β ในกลุ่มอาสาสมัครกลุ่มโรคจมูกอักเสบภูมิแพ้สูงขึ้นแตกต่างจากกลุ่มอาสาสมัครกลุ่มควบคุม รวมถึงมีผลไปเพิ่มการหลั่งของไซโตไคน์ชนิดอื่นๆ ในเซลล์เม็ดเลือดขาว (PBMC) จากอาสาสมัคร ได้แก่ IL-1β, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-12, IL-17, G-CSF, GM-CSF, MIP-1β และ TNF-α และมีแนวโน้มการทำงานของเอนไซม์ SOD และ CAT ในเซลล์เยื่อบุโพรงจมูกเพิ่มขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมกลไกเชิงลึกต่อไป นอกจากนี้เซลล์เยื่อบุโพรงจมูกจากอาสาสมัคร (Primary Cell Culture) อาจนำมาช่วยทำนายระดับหรือปริมาณฝุ่น PM2.5 ในบรรยากาศ (โดยการคำนวณจากปริมาณฝุ่นในหลอดทดลองกลับมาเป็นปริมาณฝุ่นในบรรยากาศ) มีปริมาณที่ระดับใด ที่จะก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพหรือรบกวนชีวิตประจำวันในกลุ่มเปราะบาง ได้แก่ กลุ่มที่มีภาวะโพรงจมูกอักเสบภูมิแพ้ เพื่อทำเป็นเกณฑ์คำแนะนำระดับประเทศต่อไปได้
บทคัดย่อ
The current major issue affecting global populations in terms of health, economy, and society is the problem of pollution from airborne particulate matter (PM). This has led to a notable increase in deaths due to exposure to fine PM, especially PM2.5, over the past decade. Moreover, there are reports indicating the economic impact of hazardous PM, accounting for 1.4-2.3% of the overalls in China. PM can be categorized into three sizes based on their diameters: coarse PM, fine PM, and ultrafine PM. Previous studies have shown that fine PM, specifically PM2.5, greatly affects health and is linked to the development and exacerbation of respiratory diseases, including asthma. However, there is still a lack of standardized studies on the impact of PM2.5 from various locations in Thailand on the development of respiratory disease in both normal individuals and allergic rhinitis (AR) patients. Additionally, there's also a need for distinct studies on the physical properties associated with causing diseases. This study aims to find the impact of PM2.5 on AR, using primary nasal epithelia from AR patients as representatives in the study to establish prevention, alleviation, and treatment of AR caused by PM2.5 from various sources in Thailand. The study revealed that respiratory epithelial cell lines, which are RPMI-2650 representing upper airway epithelium from nasal passages, and A549, H1975, and H2228 representing lower airway epithelium from the lung epithelium, responded differently to PM10 and PM2.5. PM10 was found to be less toxic to RPMI-2650 and H2228 cells compared to H1975 cells. However, PM2.5, obtained from car exhaust, was more toxic to H1975 cells than to H2228 cells. In the study of cytokine production, it was found that the H1975 and H2228 cells, when exposed to PM10 dust, produced different levels of cytokines. Specifically, the H2228 cells generated more TGF-β cytokines compared to the H1975 cells. This disparity might be related to the cellular responses of each type to particulate matter. Analysis of PM10 and PM2.5 components collected from urban areas in Bangkok revealed elements with short to medium half-lives, such as Aluminum (Al-28), Chlorine (Cl-38), Manganese (Mn-56), Sodium (Na-24), Vanadium (V-52), and Calcium (Ca-49). Furthermore, this study observed the impact on primary nasal epithelia isolated from AR patients. It revealed that PM2.5 posed toxicity to primary nasal epithelial cells, leading to reduced cell survival rates. This toxicity induced apoptotic cell death and escalated the production of Reactive Oxygen Species (ROS) within the cells. Consequently, it affected the functionality of both innate and adaptive immunity systems, triggering the secretion of varying cytokines like IL-1β, IL-6, and TNF-α, notably influencing the inflammatory processes of the cells. Higher levels of IL-6 secretion and increased expression of the IL-1β gene were noted in the group with AR compared to the control group (non-AR). Additionally, there was an increase in the secretion of various other cytokines in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from AR patients, including IL-1β, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-12, IL-17, G-CSF, GM-CSF, MIP-1β, and TNF-α. In addition, there was an observed trend towards increased activity of the SOD and CAT enzymes in primary nasal epithelial cells. Thus, further studies are necessary to thoroughly investigate these mechanisms. Furthermore, this ex-vivo model using nasal epithelium cells from AR patients in a primary cell culture may be used to help predict the levels or quantities of PM2.5 in the atmosphere (by computing from the amount of particles in the ex-vivo model back to atmospheric levels), at what thresholds could cause health impacts or disrupt daily life for vulnerable groups, such as AR patients. This could be pivotal in establishing a national guideline and novel therapeutic intervention to alleviate symptoms of AR during the high season of PM2.5.
