คืนชีพเชื้อปริศนาฆ่าล้างโลก
ตอนพิเศษ: เชื้อมหัศจรรย์กับบรรยากาศพิษ
ตามรอยปาฏิหารย์ในอดีตแล้วมาร่วมเป็นสักขีพยานกับวิธีพิสดารในการสืบหาการแพร่กระจายของเชื้อโรคในอากาศ
รูปปั้นพระแม่มารีหลั่งน้ำตาเลือด เกิดจากเชื้อโรค? ที่มา: https://www.pinterest.com/pin/778419116823182143/
หลังจากการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ โลกใบเล็กของเหล่าเชื้อโรคก็ไม่ใช่ความลับอีกต่อไป ทฤษฎีเชื้อโรคเริ่มก่อตัวขึ้น
ก่อนทฤษฎีเชื้อโรค หมอส่วนใหญ่เชื่อว่าการเจ็บป่วย เกิดจาก "บรรยากาศพิษ" (miasma) โรคที่นำโดยยุงอย่างมาเลเรียก็ยังถูกตั้งชื่อว่า "อากาศเสีย" (malaria - mal ไม่ดี, aria อากาศ)
ไม่เว้นแม้แต่กาฬโรค (black plague) ซึ่งเกิดจากเชื้อแบคทีเรียที่ติดต่อโดยการถูกหมัดหนูกัดเป็นส่วนใหญ่ (โอกาสติดจากการไอจามมีบ้างแต่น้อย) ซึ่งในศตวรรษที่ 17 หมอที่ดูแลคนไข้กาฬโรค (plague doctor) จะใส่ชุด PPE (personal protective equipment) สุดเท่เต็มยศหัวจรดเท้า
plague doctor costume สุดเท่ เครดิตภาพ: Tom Banwell ที่มา:https://www.pinterest.com/pin/598978819163992071/
หน้ากากมีส่วนยื่นคล้ายจงอยปากนก ข้างในจงอยใส่เครื่องหอมเพื่อปกป้องผู้ใส่จากบรรยากาศพิษ (miasma) ที่เชื่อว่าเป็นสาเหตุของโรคนั่นเอง
จริง ๆ ก็มีส่วนถูกอยู่บ้าง ว่าในอากาศมีอะไรบางอย่างซ่อนอยู่ เช่น ในกรณีของโรคที่ติดต่อผ่านทางเดินหายใจ ถึงเราจะมีกล้องจุลทรรศน์มองเห็นเชื้อแบคทีเรียได้ แต่เรายังไม่ทราบว่าเชื้อโรคสามารถล่องลอยมีชีวิตอยู่ในอากาศได้ด้วย
อาหารที่ทำให้สุกฆ่าเชื้อแล้ว เมื่อทิ้งไว้กลับเน่าเสีย เมื่อนำมาส่องกล้องจุลทรรศน์ พบเชื้อโรคยั้วเยี้ยไปหมด ยุคแรก ๆ เชื่อว่าเชื้อโรคพวกนี้มัน "เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ" (spontaneous generation) คือมีน้ำ อาหาร อากาศ เดี๋ยวเชื้อโรคก็โผล่ขึ้นมาเองได้
ถ้าย้อนกลับไปถึงยุคอริสโตเติ้ล พวกสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ที่มนุษย์หาที่มาที่ไปไม่เจอ ก็จะทึกทักว่าเป็นสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยการเติมพลังงานเช่นแสงอาทิตย์เข้าไปในวัตถุดิบที่ไม่มีชีวิต
เช่น คางคกเกิดจากโคลน ต่อเกิดจากศพม้า ผึ้งเกิดจากศพวัว เหาเกิดจากเหงื่อ ฯลฯ ซึ่งหลังจากองค์ความรู้พัฒนาขึ้น ช่วงท้ายของทฤษฎี spontaneous generation ก็ถูกจำกัดมาเหลือแค่กลุ่มเชื้อโรคตัวจิ๋วที่ไม่รู้ที่มาที่ไป
แน่นอนว่าทฤษฎีนี้ถูกโค่นล้มไปแล้ว ตั้งแต่ช่วงกลางศตวรรตที่ 19 (1800s) ซึ่งในยุคท้าย ๆ หนึ่งในตัวตั้งตัวตีคือของทฤษฎีนี้คือ คุณหมอบาสเตียน (Henry Charlton Bastian) ซึ่งอ้างว่าเขาเห็นสิ่งมีชีวิตกำเนิดขึ้นจากสิ่งไม่มีชีวิตภายใต้กล้องจุลทรรศน์
มีคนพยายามล้มล้างทฤษฎีนี้อยู่หลายคน แต่คนที่มาตอกฝาโลงฝังตายทฤษฎีนี้มี 2 คน คือ หลุยส์ ปาสเตอร์ (Louis Pasteur) ซึ่งเป็นพื้นฐานเป็นนักเคมี แต่งานที่ทำจะออกไปทางด้านชีวะ/จุลชีวะ และ ทินดอลล์ (John Tyndall) นักฟิสิกส์
มีการพิสูจน์มาก่อนหน้าแล้วว่าถ้าฆ่าเชื้อในซุปแล้วปิดปากขวดสนิท ไม่ให้อากาศเข้า จะไม่เกิดการเน่าเสียจากเชื้อโรค แต่คนที่สนับสนุน ทฤษฎีการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (spontaneous generation) ก็อ้างว่าอากาศเป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้สิ่งมีชีวิตถือกำเนิดขึ้น ถ้าไม่มีอากาศก็ไม่เกิด spontaneous generation อยู่แล้ว
งานของปาสเตอร์ที่จะมารูดซิปปิดปากสาวก spontaneous generation คือ การทดลองด้วย ขวดคอหงส์ (swan neck flask) ส่วนคอขวดที่โค้งงอให้อากาศผ่านได้ แต่ฝุ่นจากอากาศจะถูกดักไว้ที่คอขวดที่โค้งงอไม่ให้ตกลงไปในน้ำซุปที่ผ่านการต้ม จึงไม่เกิดการเน่าเสีย
แต่ถ้าไปตะแคงให้ซุปไหลไปโดนฝุ่นที่คอขวดแล้วเอียงกลับให้ซุปที่ปนเปื้อนไหลกลับลงในขวด จะเกิดการเน่าเสียและมีเชื้อโรคปรากฏให้เห็นได้อย่างรวดเร็ว
swan neck flask ฝุ่นจะถูกดักอยู่ในคอขวดที่โค้งงอ เครดิตภาพ: Welcome Images ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Swan-necked_flask_used_by_Pasteur._Wellcome_M0012521.jpg
การทดลองของปาสเตอร์ เครดิตภาพ: Kgerow16 ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Louis_Pasteur_Experiment.svg
แปลว่าเชื้อโรคต้องเกิดจากเชื้อโรคด้วยกันไม่ได้เกิดขึ้นเอง และเชื้อโรคปะปนอยู่ในอากาศได้
ส่วน ทินดอลล์ แสดงให้เห็นว่าในอากาศไม่ได้ว่างเปล่าแต่มีอนุภาคล่องลอยอยู่ ทำให้เกิดการกระเจิงแสงเมื่อส่องแสงผ่านเห็นเป็นลำแสงได้ (Tyndall effect)
ลองนึกภาพเวลามีคนเอาไฟฉายส่องขึ้นฟ้าแล้วเรามองเห็นลำแสงได้ แต่ในเมื่อทิศทางของแสงมันตรงขึ้นท้องฟ้า ไม่ได้วิ่งมาที่ตาเรา แล้วเรามองเห็นลำแสงได้อย่างไร คำอธิบายคือในอากาศมีละอองอนุภาคหรือฝุ่นเล็ก ๆ ที่ล่องลอยอยู่ซึ่งทำการกระเจิงแสงบางส่วนออกไปทุกทิศทาง เราจึงสามารถมองเห็นลำแสงจากด้านข้างได้โดยรอบ เป็นการพิสูจน์ว่ามีบางสิ่งอยู่ในอากาศรอบตัวเรา
Tyndall effect เกิดการกระเจิงแสงกับอนุภาคในอากาศ ทำให้เรามองเห็นลำแสงที่ส่องขึ้นฟ้าได้ ที่มา: https://www.lightthenight.org/orange-county-inland-empire/article/calling-all-survivors
ตัวอย่าง Tyndall effect จากแสงอาทิตย์ลอดผ่านช่องหน้าต่าง ที่มา: https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-db39beddd607ca07efad589a050ed571.webp
สมัยผมเรียนมัธยม ก็มีการทดลองให้เอาไฟฉายส่องแก้ว แล้วมองจากด้านบนหรือด้านข้าง ถ้าเป็นน้ำเปล่าหรือสารละลาย จะมองไม่เห็นลำแสง ถ้าเป็นนม (colloid) หรือใส่แป้งลงในน้ำ (suspension) สองอย่างหลังจะมองเห็นลำแสงได้ เพราะมีอนุภาคในน้ำที่ทำหน้าที่กระเจิงแสงได้ เหมือนฝุ่นละอองในอากาศ
Tyndall effect ใช้เลเซอร์จะเห็นชัดมาก ขวด ii, iii มีอนุภาคที่กระเจิงแสงได้อยู่จึงมองเห็นลำแสงได้ ส่วนขวด i ไม่มีอนุภาคดังกล่าวจึงไม่เห็นลำแสง ที่มา: Li, Cuiling & Iqbal, Muhammad & Jiang, Bo & Wang, Zhongli & Kim, Jeonghun & Nanjundan, Ashok Kumar & Whitten, Andrew & Wood, Kathleen & Yamauchi, Yusuke. (2019). Pore-tuning to boost the electrocatalytic activity of polymeric micelle-templated mesoporous Pd nanoparticles. Chemical Science. 10. 10.1039/C8SC03911A.
การทดลองของทินดอลล์ ที่ผมเคยลองดัดแปลงทำตามเพื่อพิสูจน์ Tyndall effect สมัยเรียนปี 1 โดยเอากล่องขนมปี๊บที่ด้านข้างเป็นกระจก เอามาบุด้านในด้วยกระดาษสีดำชุบน้ำมันเพื่อดักฝุ่น แล้วเจาะรูฝากับก้นกล่องติดกระจกเข้าไป เอาน้ำตาเทียนมาปิดผนึก อุดรอยรั่วให้หมด
ทิ้งกล่องไว้นิ่ง ๆ ซัก 2-3 วัน พวกละอองฝุ่นในกล่องก็หล่นลงมาติดกับกระดาษชุบน้ำมันและไม่ฟุ้งกลับขึ้นมาอีก อากาศในกล่องจึงไม่มีฝุ่น
ตะแคงกล่องนอนลง เอาไฟฉายแรง ๆ ส่อง ผ่านกระจกที่ฝาให้ผ่านไปที่กระจกก้นกล่อง มองจากกระจกด้านข้าง ลำแสงจะขาดหายไปเหมือนล่องหน แต่ถ้าไปแซะกล่องให้มีช่องให้อากาศภายนอกที่มีฝุ่นเข้าปุ๊บ ลำแสงที่เคยล่องหนก็จะปรากฏขึ้นทันที!
Tyndall effect ของอากาศแบบทำเองที่บ้าน โดยส่องไฟแรง ๆ หรือเลเซอร์ผ่านกระจกเข้าออกที่หัวท้ายกล่อง รูปบนอากาศในกล่องไม่มีฝุ่น เมื่อมองผ่านกระจกข้างจะไม่เห็นลำแสง รูปล่างทันทีที่เปิดฝาให้ฝุ่นภายนอกเข้าไปในกล่องได้จะมองเห็นลำแสงผ่านกระจกข้างกล่องได้ทันที
ซึ่งอากาศไร้ฝุ่นที่ไม่มี Tyndall effect (มองไม่เห็นลำแสง) จะไม่ทำให้ซุปที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้วเน่าเสีย ในขณะที่อากาศที่มองเห็นลำแสงได้ (มีฝุ่นหรือละอองต่าง ๆ ปน) ทำให้ซุปเน่าเสียได้
จึงสรุปว่าเชื้อโรคไม่สามารถเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่เกิดจากเชื้อโรคที่สามารถล่องลอยในอากาศ เป็นการปฏิเสธทฤษฎี spontaneous generation โดยสมบูรณ์
แผลต่าง ๆ ก็เช่นเดียวกับน้ำซุป หรืออาหาร ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเชื้อโรคไม่ได้โผล่ขึ้นมาจากข้างในแผลได้เอง แต่มาจากการปนเปื้อนจากภายนอกหรือบุกรุกมาจากบริเวณใกล้เคียง นั่นแปลว่าถ้าเราลดการปนเปื้อนของบาดแผล ก็จะลดการติดเชื้อของแผลได้ ซึ่งทำให้เกิดการพัฒนาเทคนิคการดูแลแผลหรือการผ่าตัดในยุคถัดมา
จะเห็นได้ว่าเวลาต้องพิสูจน์ทฤษฎีอย่างจริงจัง พวกวิทยาศาสตร์ประยุกต์ (applied science) อย่างหมอบาสเตียนซึ่งใช้กล้องจุลทรรศน์เป็นหลักพลิกแพลงได้น้อย ไม่สามารถสู้สายวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ (pure science) อย่างปาสเตอร์ที่ใช้วิธีทางเคมี/จุลชีวะ หรือ ทินดอลล์ที่ใช้วิธีทางฟิสิกส์ในการค้นหาคำตอบจากมุมมองที่ต่างกัน
อันนี้เป็นปัญหาโลกแตกมาช้านาน หมอรู้ปัญหาแต่แก้ไม่เป็น ส่วนนักวิทยาศาสตร์แก้เป็นแต่ไม่รู้ปัญหาคืออะไร ปัญหาหลายอย่างก็ต้องใช้มุมมองมากกว่าหนึ่งจากหลายศาสตร์ในการแก้ปัญหา (multidisciplinary approach)
ที่จริงแล้วไอเดียของหมอบาสเตียนที่เชื่อว่า สิ่งมีชีวิตสามารถเกิดจากสิ่งไม่มีชีวิต (อนินทรีย์) ซึ่งเขาเรียกว่า archegenesis ก็เป็นไอเดียที่ล้ำหน้ามากคล้ายกับทฤษฎี abiogenesis ในยุคปัจจุบัน ที่เชื่อแบบเดียวกันว่าสิ่งมีชีวิตถือกำเนิดจากสิ่งไม่มีชีวิต แต่ต้องอาศัยสภาพแวดล้อมที่สุดกู่ (extreme environment) และเวลานับล้านปี ไม่ใช่แค่ส่องกล้องจุลทรรศน์หวานเย็นไม่กี่วัน ก็จะมีสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ผุดขึ้นมาได้
ที่บาสเตียนอ้างว่าเห็นสิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งไม่มีชีวิตในกล้องจุลทรรศน์ เขาอาจเห็นแบคทีเรียที่เคลื่อนไหวได้แบบมีทิศทางชัดเจน งอกออกมาจากสปอร์ที่ดูเหมือนไม่มีชีวิตก็เป็นได้
(สปอร์หรืออนุภาคไร้ชีวิตแม้จะขยับเองไม่ได้ แต่จะเต้นดุ๊กดิ๊กไปมาแบบไร้ทิศทางจากการถูกโมเลกุลน้ำชน หรือที่เรียกกันว่า Brownian motion)
เกร็ดความรู้
ทั้งปาสเตอร์และทินดอลล์นอกจากจะปฏิเสธการเกิดขึ้นเองจากความว่างเปล่าของพวกเชื้อโรค ยังเป็นคนเสนอวิธีสังหารมันด้วย
ปาสเจอไรเซชั่น (Pasteurization) คือการใช้ความร้อนไม่สูงนักทำลายเชื้อก่อโรคส่วนใหญ่ โดยไม่ทำให้รสชาติของอาหาร/เครื่องดื่มเสียไป เช่นพวกนมสด เนื่องจากเชื้อโรคยังตายไม่หมด จึงต้องเก็บไว้ในที่เย็นเพื่อชะลอการเติบโตของเชื้อโรค
ทินดอลไลเซชั่น (Tyndallization) เป็นเทคนิคฆ่าเชื้อให้สิ้นซาก หรือ สเตอริไลเซชั่น (Sterilization) ชนิดหนึ่งในยุคแรก ๆ เนื่องด้วยทินดอลล์ประสบปัญหาในการเตรียมน้ำซุปหรือสิ่งต่าง ๆ ให้ปราศจากเชื้อโดยแท้จริง สำหรับใช้ในการทดลอง
ทั้งนี้เนื่องจากเราไม่สามารถต้มน้ำให้ร้อนกว่า 100 องศาเซลเซียสมาก ๆ ได้ ในสมัยที่ยังไม่มีหม้อความดัน (autoclave)
เราจึงไม่สามารถทำลายสปอร์ของแบคทีเรียได้ เพราะมันต้องใช้ความร้อนสูงอย่างน้อย 121 องศาเซลเซียส ในการทำลายสปอร์ให้ตายสนิท
แล้วทินดอลล์ทำอย่างไร ในยุคนั้นที่ยังไม่มีความรู้เรื่องสปอร์ของแบคทีเรีย
เขาได้ใช้วิธีง่าย ๆ ในการทำลายเชื้อในซุปให้หมด นั่นคือต้มให้เดือดหรือเกือบเดือด ตั้งทิ้งไว้ข้ามวัน กลับมาต้มใหม่อีก แล้วก็ทิ้งไว้ข้ามวัน และกลับมาต้มใหม่อีก ทำซ้ำวนไป ปรากฏว่าคราวนี้เชื้อตายเรียบจริง ๆ
เกิดอะไรขึ้น?
สปอร์ก็เหมือนเมล็ดพืชที่แข็งแกร่ง บี้ทำลายยาก แต่เวลามันงอกออกมาเป็นตัวแบคทีเรียที่เจริญเติบโตได้ (vegetative form) ก็จะฆ่าให้ตายได้ง่าย เหมือนต้นอ่อนที่พึ่งงอกจากเมล็ด
สปอร์ (endospore - วงรีสีดำเข้ม) อยุ่ในตัวแบคทีเรียที่มีรูปร่างเป็นแท่ง ที่มา: @inproceedings{Berkhoff1985ClostridiumCS, title={Clostridium colinum sp. nov., nom. rev., the Causative Agent of Ulcerative Enteritis (Quail Disease) in Quail, Chickens, and Pheasants}, author={Herman A. Berkhoff}, year={1985}}
เมล็ดพันธุ์ย่อมงอกเป็นต้นอ่อนเมื่อโดนน้ำฉันใด สปอร์แบคทีเรียก็งอกเป็นตัว เมื่อมีอาหารเพียงพอ อุณหภูมิและสภาพแวดล้อมเหมาะสมฉันนั้น
ในทางกลับกันเมื่อสภาพแวดล้อมโหดร้าย อาหารไม่พอ เชื้ออยู่กันอย่างแอดอัดอย่างกับสลัม แบคทีเรียบางตัวก็จะสร้างสปอร์ที่มีความทนทานมาก ๆ ขึ้นมา ซึ่งใช้เวลาประมาณ 8 ชั่วโมง
การต้มจะฆ่าเชื้อเกือบหมด เหลือแต่สปอร์ที่ไม่ตาย จากนั้นทิ้งไว้ข้ามวัน ด้วยอาหารที่เหลือเฟือ และสภาพแวดล้อมเหมาะสม สปอร์ก็จะงอกออกมาเป็นตัว แล้วเราก็ทำการต้มซ้ำคราวนี้ตัวแบคทีเรียที่งอกออกมาแล้วก็จะตายได้อย่างง่ายดาย ทำซ้ำวนไปหลาย ๆ รอบ ในที่สุดสปอร์ที่ตกค้างอยู่ก็จะหมดสิ้นไปเอง
สรุปคือการต้ม ๆ หยุด ๆ เป็นการหลอกให้สปอร์งอกออกมาให้เราฆ่าให้หมดนั่นเอง คล้ายกับการให้ยาปฏิชีวนะสู้กับเชื้อที่สร้างสปอร์ได้อย่าง [Clostridioides difficile] ที่ทำให้ท้องเสีย
การให้ยาปฏิชีวนะต่อเนื่องบางครั้งโรคอาจกลับมาเป็นซ้ำได้อีก เพราะยาฆ่าสปอร์ไม่ได้ ในกรณีนี้แพทย์อาจพิจารณาเปลี่ยนเป็นให้ยาเป็นแบบวันเว้นวัน (pulse) เพื่อหลอกให้สปอร์ของมันงอกออกมาให้ยาปฏิชีวนะทำลาย
ปัจจุบันเรามีหม้อนึ่งความดัน (autoclave) ที่เร่งอุณหภูมิสูง ๆ ได้ วิธีฆ่าเชื้อแบบ Tyndallization จึงไม่เป็นที่นิยมเพราะต้องทำกันข้ามวัน ยกเว้นในบางกรณี เช่น การฆ่าเชื้อที่ปนเปื้อนมากับเมล็ดพันธุ์ซึ่งไม่สามารถทนความร้อนสูง ๆ ของหม้อนึ่งความดันได้
ถึงจุดนี้เราก็รู้แล้วว่ามีเชื้อโรคปะปนอยู่ในอากาศทำให้อาหารเน่าเสียได้
คำถามถัดไปคือเชื้อโรคที่อยู่ในอากาศมันทำให้เกิดโรคติดต่อได้หรือเปล่า
เพื่อตอบปัญหานี้เราต้องพิสูจน์ว่าเชื้อโรคสามารถออกจากร่างกายคนหนึ่งกระจายผ่านอากาศไปถึงอีกคนได้
เราต้องขอความร่วมมือแกมบังคับจากนักแกะรอยมหัศจรรย์ผู้มีส่วนร่วมสร้างปาฏิหารย์ในอดีต
ย้อนกลับไปยังยุคกลาง ปี 1263 เมืองบอลเซนา (Bolsena) ประเทศอิตาลี
ปาฏิหารย์ได้เกิดขึ้นในพิธีศึลมหาสนิท (Eucharist) ซึ่งมีการดื่มไวน์ (แทนเลือดของพระคริสต์) และทานขนมปัง (แทนเนื้อของพระคริสต์) ปรากฏว่าขนมปังนั้นได้หลั่งเลือด (bloody bread) สีแดงสดประหนึ่งเป็นเนื้อของพระคริสต์จริง ๆ ยิ่งบีบขนมปังก็ยิ่งมีน้ำเหมือนเลือดไหลออกมาเปื้อนผ้าคลุมแท่นพิธี เป็นรูปคล้ายกางเขน
ปาฏิหารย์นี้รู้จักกันในชื่อ Eucharistic Miracle - Corporal of Bolsena
ปาฏิหารย์ Corporal of Bolsena ดูไม่ออกเหมือนกันว่ารอยแดงเหมือนกางเขนตรงไหน ที่มา: https://www.michellepaine.com/orvieto-and-the-feast-of-corpus-domini-incarnation-and-the-arts/
ขนมปังหลั่งเลือด (Bloody bread) จากเชื้อ [Serratia marcescens] (เหมือนเฮลบลูบอยนะผมว่า) เครดิตภาพ: Dbn - Own work, CC BY-SA 3.0, ที่มา: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32456976
ในปัจจุบันเราเชื่อว่าปาฏิหารย์ดังกล่าว เกิดจากเชื้อปาฏิหารย์ (miraculous microbe) เซอร์ราเชีย [Serratia marcescens] ซึ่งสามารถสร้างเม็ดสี (pigment) แดงสดได้ บางคนยังเชื่อว่าเชื้อนี้ อาจจะเป็นสาเหตุของรูปปั้นพระแม่มารีหลั่งน้ำตาเลือดอีกด้วย
รูปปั้นพระแม่มารีหลั่งน้ำตาเลือด เกิดจากเชื้อโรค? ที่มา: https://www.pinterest.com/pin/778419116823182143/
ไม่รู้เป็นเพราะเชื้อไปเกาะเพิ่มจำนวนอยู่ตรงขอบตาแล้วโดนน้ำเลยไหลลงมาเป็นทางสีแดงหรือเปล่า (สงสัยเหมือนกันว่าตัวรูปปั้นมันจะมีสารอาหารพอให้เชื้อเพิ่มจำนวนได้เยอะขนาดนั้น) บางคนก็กล่าวหาว่ามีกลไกในตัวรูปปั้นให้น้ำไหลออกมาจากตาได้
โคโลนีสีแดงของเชื้อ [Serratia marcescens] By de:Benutzer:Brudersohn - German Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:SerrmarcKol.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=732821
ด้วยสีแดงสดเร้าใจของมันนี้เอง ทำให้มนุษย์ใช้มันในการแกะรอย (tracer/biological marker) การแพร่กระจายของเชื้อโรคได้
การที่มันเป็นเชื้อที่ไม่ได้พบบ่อยในธรรมชาติ หากเรานำเชื้อนี้ไปฉีด พ่น ป้าย ที่สถานที่หรือส่วนของร่างกาย แล้วขยายวงไปตามเก็บตัวอย่างในบริเวณใกล้เคียง ถ้าเจอโคโลนี (colony - กระจุกเชื้อจำนวนมหาศาลที่โตขึ้นมาบนจานเพาะเชื้อ) สีแดงสดแบบรูปข้างบนโตขึ้นมาบนจานเพาะก็จะบอกได้ว่าเชื้อกระจายมาถึงจุดนั้น ๆ
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ถึงต้นศตวรรษที่ 20 ก็ได้มีนักวิจัยหลายคนศึกษาหาการแพร่กระจายของเชื้อที่อยู่ในทางเดินหายใจ
คาร์ล ฟลูเกอะ (Carl Flugge) พบว่าเชื้อกระจายอยู่ในละอองฝอยที่ออกมาจากการไอ จาม ได้ เรียกมันว่า Flugge droplet ซึ่งกลายเป็นต้นแบบของความรู้ด้านการแพร่เชื้อทางหยดละออง (droplet transmission)
ในปี 1904 ได้มีการระบาดของไข้หวัดใหญ่ ในสภาสามัญหรือสภาล่าง (House of Commons) เกิดความสงสัยว่าควรจะปรับปรุงการระบายอากาศของห้องที่ค่อนข้างแออัดนี้หรือไม่ จึงได้ว่าจ้างนักแบคทีเรียวิทยาชาวอังกฤษที่มีนามว่า เมอร์วิน เฮนรี กอร์ดอน (Mervyn Henry Gordon)
กอร์ดอนทำการทดลองอันโด่งดัง ด้วยการกลั้วปากตัวเองด้วยน้ำเลี้ยงที่เต็มไปด้วยเชื้อ เซอร์ราเชีย แล้วยืนท่องบทเชคสเปียร์เรื่อง จูเลียส ซีซาร์ กับ เฮนรี่ที่ 5 อยู่กลางห้องเป็นเวลา 2 ชั่วโมง ผู้ฟังมีเพียงจานเพาะเชื้อว่างเปล่าหลายร้อยใบที่เปิดฝาทิ้งไว้ วางกระจายไว้รอบตัวเขา
หลายวันถัดมาเมื่อเชื้อโตขึ้นบนจานเพาะเชื้อ กอร์ดอนสามารถนับจำนวนจุดโคโลนีของเชื้อ เซอร์ราเชีย ที่มาจากปากเขาโดยตรง ซึ่งมีสีแดงสดแยกได้จากเชื้ออื่นที่ปนเปื้อนจากอากาศในห้อง
จานเพาะที่อยู่ใกล้ก็จะมีจำนวนโคโลนีมาก จานที่อยู่ไกลก็จะมีจำนวนโคโลนีน้อย ซึ่งสามารถเจอเชื้อไปไกลจนเกือบสุดห้องได้ เป็นการยืนยันว่าเชื้อโรคสามารถกระจายโดยการพูดได้เช่นกัน
ตัวคุณกอร์ดอนไม่ได้เจ็บป่วยอะไรจากการทดลองนี้ และได้เสนอแนวทางแก้ปัญหาโดยการปล่อยให้มีอากาศไหลผ่านห้องสภาอย่างต่อเนื่อง และเวลาประชุมให้เหลือไว้แต่ผักบุ้งไม่เอาน้ำท่วมทุ่ง (ลดความยืดยาวเยิ่นเย้อของการพูดในสภาลง) ทุกคนเห็นด้วยกับแนวทางทั้งสองโดยเฉพาะข้อหลังเป็นอย่างยิ่ง
รัฐบาลอเมริกา รวมถึงกองทัพ ยังใช้เชื้อนี้ทดลองดูการกระจายตัวของเชื้อโรค เพื่อเตรียมรับมือกับอาวุธเชื้อโรค (Biological warfare) มันถูกแอบนำไปปล่อยในหลายเมืองอย่างลับ ๆ โดยไม่บอกประชาชน ตามสถานที่ต่าง ๆ เช่น ในทางรถไฟใต้ดิน บนเรือ เป็นต้น
1
มีผู้ป่วยติดเชื้อโรคนี้เพิ่มขึ้น บางคนถึงกับเสียชีวิต จนเป็นเรื่องเป็นราวมีคนฟ้องทางการที่เอาเชื้อ เซอร์ราเชีย มาแพร่
แต่เนื่องจากพิสูจน์ไม่ได้ว่าเชื้อที่อยู่ในผู้ป่วยกับเชื้อที่รัฐบาลหรือทหารเอามาโปรยเป็นเชื้อสายพันธุ์เดียวกันหรือเปล่า ศาลจึงยกฟ้องไปตามระเบียบ
ปัจจุบันเราทราบแล้วว่าเชื้อนี้ก่อโรคได้แม้จะพบไม่ค่อยบ่อยก็ตาม จึงไม่มีการนำเชื้อมาใช้แบบนี้อีก แต่เปลี่ยนไปใช้พวกสารเรืองแสง มาใส่ปากใส่จมูกคน ให้ลองไอ จาม พูด ร้องเพลง หรือหายใจเฉย ๆ รอสักพัก แล้วค่อยใช้ blacklight มาส่องบริเวณรอบ ๆ ดูว่ามีสารเรืองแสงไปเกาะอยู่ที่บริเวณไหน ไกลเพียงใดบ้าง
ช่วงปี 1934 วิลเลี่ยม เวลส์ (William F. Wells) ได้ให้กำเนิด Wells curve ซึ่งอธิบายพฤติกรรมของหยดละออง (droplet) ที่มีขนาดต่าง ๆ กัน กล่าวคือ ความเร็วในการตกถึงพื้นจะแปรผกผันกับแรงต้านอากาศ ซึ่งแรงต้านอากาศจะเพิ่มขึ้นตามพื้นที่ผิวของหยดละอองต่อปริมาตร
ในขณะที่การระเหยจะเกิดเร็วขึ้นตามพื้นที่ผิวต่อปริมาตรเช่นกัน
หยดละอองขนาดใหญ่ มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรน้อย ระเหยช้า ตกถึงพื้นเร็วในเวลาไม่กี่วินาที
หยดละอองขนาดเล็ก มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรมาก ระเหยเร็ว ตกถึงพื้นช้า เมื่อมีการระเหย ขนาดของหยดละอองยิ่งเล็กลงเรื่อย ๆ ทำให้ตกช้าลงไปอีก และอาจระเหยจนแห้งเหลือแต่แก่นของหยดละออง (droplet nuclei) ก่อนจะตกถึงพื้น
แก่นหยดละออง (droplet nuclei) คือ สิ่งเจือปนในหยดละอองที่เหลืออยู่หลังจากน้ำระเหยไปหมด ได้แก่เชื้อโรค โปรตีน ไขมัน เกลือแร่ ฯลฯ ซึ่งสามารถล่องลอยอยู่ในอากาศได้นานเป็นชั่วโมง
Wells curve ซีกซ้ายแสดงเวลาที่ใช้ในการระเหยจนหมด (ละอองเล็ก ระเหยหมดก่อนตกถึงพื้น) ซีกขวาแสดงเวลาที่ใช้ในการตกถึงพื้นจากความสูง 2 เมตร (ละอองใหญ่ ตกถึงพื้นก่อนระเหยหมด) ที่มา: By Rosieredfield - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php curid=90038740
จึงเกิดเป็นแนวคิดใหม่ว่าการติดต่อของเชื้อโรค (transmission) ผ่านทางการหายใจ แยกออกได้เป็น
1. การติดต่อทางหยดละออง (droplet transmission) คือการที่เชื้อโรคเคลื่อนที่มากับหยดละอองขนาดใหญ่ ซึ่งตกลงสู่พื้นอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไประยะทางที่หยดละอองเหล่านี้เดินทางได้ไม่ค่อยเกิน 6 ฟุต ทั้งนี้ขึ้นกับความแรงของการไอหรือจาม และกระแสลมในบริเวณนั้นด้วย
นั่นคือคุณต้องอยู่ใกล้กับผู้ป่วยพอที่ละอองนี้จะพุ่งมาถึงตัวโดยไม่ตกถึงพื้นไปก่อน ถ้าผู้ป่วยออกจากห้องไป อากาศในห้องก็ถือว่าปลอดภัย เพราะละอองขนาดใหญ่จะตกถึงพื้นในไม่กี่วินาที แต่เชื้อในละอองอาจไปเกาะตามพื้น ผนัง เฟอร์นิเจอร์ (fomite) ถ้าเอามือไปจับนู่นนี่นั่น แล้วมาแคะจมูกโดยไม่ล้างมือ ก็ติดได้เหมือนกัน
ซึ่งไวรัสที่ติดต่อทางเดินหายใจเกือบทั้งหมดจะอยู่ในกลุ่มนี้ เช่น ไข้หวัด ไข้หวัดใหญ่ โควิด-19 หัดเยอรมัน คางทูม ฯลฯ โดยเวลาสูดหายใจเอา droplet ขนาดใหญ่พวกนี้มักจะติดอยู่ที่ทางเดินหายใจส่วนบน คือจมูกเป็นส่วนใหญ่
2. การติดต่อทางอากาศ (airborne transmission) คือเชื้อสามารถติดต่อผ่านทางหยดละอองที่เล็กมาก ๆ (small droplet or aerosol) ซึ่งละอองพวกนี้จะระเหยหมดก่อนตกถึงพื้น เหลือเพียงแก่น (droplet nuclei) ล่องลอยไปเรื่อย ๆ เป็นชั่วโมง ๆ ไม่ยอมตกลงมาง่าย ๆ
นั่นหมายความว่าต่อให้คุณอยู่ห่างกันคนละมุมห้องกับผู้ป่วยก็ยังมีโอกาสติดเชื้อได้ ที่สำคัญต่อให้ผู้ป่วยไม่อยู่ในห้องนั้นแล้ว คุณก็ยังมีโอกาสติดเชื้อได้ เช่น ผู้ป่วยก่อนหน้าไอจามอยู่ในห้องและเดินออกไปแล้ว คุณเข้าห้องนั้นในอีกครึ่งชั่วโมงถัดมาก็ยังมีโอกาสติดเชื้อผ่านทางอากาศที่หายใจได้
โดยเวลาสูดหายใจเอา aerosol เล็ก ๆ หรือ droplet nuclei พวกนี้สามารถเข้าไปได้ถึงทางเดินหายใจส่วนล่าง เช่น หลอดลมไปจนถึงถุงลมปอดได้ดี
โรคที่ติดต่อทางอากาศ (airborne) แท้ ๆ ที่ยังเจอได้ในไทย ก็มี หัด อีสุกอีใส วัณโรค ซึ่งมักมีค่าความสามารถในการติดต่อหรือค่า R0 (basic reproduction rate = ผู้ติดเชื้อ 1 คนแพร่เชื้อต่อได้อีกกี่คน) ที่สูงมาก เช่น หัด R0~15, อีสุกอีใส R0~11 เทียบกับโควิด-19 ที่ R0 อยู่ในช่วง 2-3
อย่างไรก็ตาม droplet กับ airborne transmission ก็ไม่ได้แยกขาดออกจากกันโดยสิ้นเชิง โรคที่เราจัดว่าเป็น droplet ก็อาจแพร่แบบ airborne ได้บ้าง โดยเฉพาะถ้ามีหัตถการที่ทำให้เกิดละอองฝอยเล็ก ๆ (aerosol) เช่น การพ่นยา การดูดเสมหะ เป็นต้น
การทดลองที่ทดสอบการติดต่อทางการหายใจก็มีมากมาย ซึ่งสมัยก่อนนิยมเอาเชื้อไวรัสไข้หวัด (common cold) นี่ล่ะมาใส่อาสาสมัครให้ป่วยเป็นหวัด แล้วก็เอาคนที่สบายดีมาอยู่ด้วยกัน ดูซิว่าจะติดไม่ติดยังไงบ้าง ตัวอย่างเช่น
การทดลอง "กระท่อมขั้วโลกใต้" (Antarctic Hut) คือเอาคนที่เป็นหวัดใส่ไปในห้องเล็ก ๆ ที่มีคนอยู่แออัด ในสถานีที่ขั้วโลกใต้
ต่อมาก็มีคนทำการทดลองเลียนแบบ แต่ไม่ได้ไปทำที่ขั้วโลกใต้ คือ เป็นห้องปิดให้คนมานั่งเล่นไพ่กัน แต่ละคนใส่ปลอกคอกันเลียแบบสุนัข หรือไม่ก็มัดศอกติดไว้กับโต๊ะ เพื่อไม่ให้เอามือที่อาจปนเปื้อนมาขยี้ตา หรือแคะจมูก จากนั้นก็ใส่คนที่เป็นหวัดลงไปในวงไพ่
นอกจากนั้นก็มีการทดสอบสามีภรรยา โดยมีคนหนึ่งถูกทำให้ติดเชื้อ ให้อยู่ใกล้ชิดกัน จนถึงให้ลองจูบกันนาทีครึ่ง
หรือเอาคนป่วยกับไม่ป่วยมาอยู่ในบริเวณเดียวกัน แต่แยกกันคนละฟาก แล้วขึงลวดกั้นเป็น สองแนว (double wire) เพื่อไม่ให้สัมผัสกันโดยตรง แต่ยังใช้อากาศร่วมกัน
รวมไปถึงการทดสอบการติดต่อระหว่าง สัตว์-สัตว์ คน-สัตว์ สัตว์-คน โดยฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งหรือทั้งสองฝ่ายอยู่ในกรง ที่ตั้งห่างกันตามระยะที่กำหนด ไม่มีการสัมผัสกัน แต่ใช้อากาศบริเวณเดียวกันในการหายใจ
1
สรุปได้ว่าพวกไวรัสไข้หวัด ติดทางการหายใจแบบ droplet คือต้องระยะห่างไม่มากนัก ถ้าระยะห่างมากเกินก็จะไม่เกิดการติดเชื้อ ทั้งนี้ขึ้นกับจำนวนไวรัส และระยะเวลาที่อยู่ใกล้ชิดกับผู้ติดเชื้อด้วย
แต่ถ้าปล่อยให้ผู้ป่วยใช้มือที่มีโอกาสปนเปื้อนเชื้อโรคมาล้วงแคะแกะเกาได้ โอกาสติดเชื้อก็จะยิ่งสูงขึ้น
อันที่น่าประหลาดใจหน่อย คือ การจูบแพร่เชื้อหวัดได้ไม่มากนัก อาจเป็นเพราะช่วงเวลาในการสัมผัสค่อนข้างสั้น
ส่วนการติดเชื้อแบบ airborne ก็มีตัวอย่างเช่น พบว่าหนูตะเภาที่อยู่ในกรงสามารถติดเชื้อวัณโรคได้ ด้วยการตั้งกรงไว้ในหอผู้ป่วยวัณโรค โดยที่ผู้ป่วยไม่ได้มาใกล้ชิดกับหนูตะเภาเลย
ละอองใหญ่ตกใกล้และเร็ว ละอองเล็กฟุ้งไปได้ไกลลอยอยู่ได้นาน ที่มา: J. Wei, Y. Li / American Journal of Infection Control 44 (2016) S102-S108
การพัฒนาองค์ความรู้อย่างต่อเนื่องเหล่านี้เอง ที่นำมาซึ่งมาตรการป้องกันการติดต่อของโรคระบาดในปัจจุบัน อย่างการเว้นระยะห่างทางสังคม (social/physical distancing) การเว้นระยะที่นั่ง การใส่หน้ากาก หรือการระบายอากาศตามคลินิก/หอผู้ป่วย
ความรู้ของแพทย์เป็นแค่เศษเสี้ยวของภาพรวม หรือบ่อยครั้งก็เป็นตัวถ่วงความก้าวหน้า ต้องอาศัยความรู้ความเชี่ยวชาญด้านอื่น ๆ เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีวะ จุลชีวะ ระบาดวิทยา ฯลฯ มาช่วยในการตอบคำถามหรือแก้ปัญหายาก ๆ
การระบาดในปัจจุบันก็เช่นกัน ลำพังบุคลากรและความรู้ทางการแพทย์ไม่เพียงพอในการต่อกรกับมหันตภัย ต้องอาศัยความร่วมมือจากหลายฝ่ายหลากความสามารถ ไม่ว่าจะเป็นวิศวะ นักวิทยาศาสตร์สาขาต่าง ๆ โปรแกรมเมอร์ ไปจนถึงระบบการขนส่ง การเมือง เศรษฐกิจ และ สังคมศาสตร์
บางทีความสามารถซ่อนเร้นที่แต่ละท่านมีอยู่แม้จะดูไม่เกี่ยวข้อง ก็อาจนำมาประยุกต์ใช้แก้ปัญหาทั้งในปัจจุบันและอนาคตอย่างคาดไม่ถึงก็เป็นได้
เอกสารอ้างอิง:

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
ความคิดเห็น
Good Stories | ทุกอย่างมีเวลาของมัน
อาจารย์หมอหายไปนานเลยนะคะ 😉😊 คิดถึงบทความใหม่นิดนุงแล้วค่าา
21 ก.ย. 2020 เวลา 11:03
วัลลพ แดงน้อย
ดีจังเลยครับ
12 ก.ค. 2020 เวลา 12:28
PP SHARE แชร์ให้คุณฟัง💓
✨ว้าว✨ ชอบจังง !! ได้ความรู้ไปด้วยเลยค่ะ🤗 เพิ่งเจอเพจนี้ครั้งแรกเลย^^...ดูเพิ่มเติม
23 มิ.ย. 2020 เวลา 08:16
PP SHARE แชร์ให้คุณฟัง💓
เข้าใจมากๆเลยค่ะ เป็นกำลังใจให้นะคะ
23 มิ.ย. 2020 เวลา 08:56