พิษจากสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน

Bulletin (January - March 1999 Vol.7 No.1)

พิษจากสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน

          ในช่วงระยะเวลา 3-4 เดือนที่ผ่านมามีข่าวครึกโครมเกี่ยวกับพิษของสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (Blue-green algae) ลงในหน้าของหนังสือพิมพ์หลายฉบับว่า มีพิษต่อสัตว์น้ำและสัตว์เลี้ยงที่บริโภคน้ำดื่มที่ปนเปื้อนพิษจากสาหร่ายชนิดนี้เข้าไป ก็คงสร้างความหวั่นวิตกสำหรับประชาชนทั่วไปไม่มากก็น้อย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินนี้คืออะไร จะมีผลเกิดพิษต่อประชาชนอย่างเรา อย่างไร? ต้องติดตาม Blue-green algae หรือ cyanobacteria เป็น Prokaryote เนื่องจากเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ไม่มี membrane ที่ห่อหุ้ม nuclear material ในปี คศ. 1971ได้มีการจัดกลุ่มของสิ่งมีชีวิตในโลกนี้ โดยจัด blue-green algae ว่าเป็น bacteria ชนิดหนึ่ง แต่เรามักจะคุ้นในการเรียกว่าเป็น algae มากกว่า cyanobacteria สาหร่ายชนิดนี้จะสร้างรงควัตถุในเซลล์มีสีเขียวออกน้ำเงิน สาหร่ายในกลุ่มนี้ มีอยู่หลายสกุลมาก แต่สกุลที่มีรายงานว่าทำให้เกิดพิษต่อสัตว์ได้แก่ สกุล Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Nodularia, Nostoc และ Oscillatoria ได้มีการศึกษารายละเอียดของพิษจาก blue-green algae พบว่าสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆได้ 2 กลุ่มด้วยกันคือ

1. สารพิษที่มีผลต่อระบบประสาท สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน สามารถสร้างสารพิษต่อระบบประสาทได้ 4 ชนิด คือ anatoxin-a, anatoxin-a(s), saxitoxin, neosaxitoxin (ดังรูปที่ 1)

          Anatoxin-a เป็นสารพิษที่สร้างจากสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินในสกุล Anabaena และ Oscillatoria ออกฤทธิ์ที่ neuromuscular junction โดย anatoxin-a จะไปจับกับ acetylcholine receptor เหมือน acetylcholine (ACh) ปกติ ACh จะถูกทำลายด้วย acetylcholinesterase (AChE) ดังรูป C

         แต่ anatoxin-a ไม่ถูกทำลายด้วยเอ็นไซม์ดังกล่าว ทำให้มีการกระตุ้นที่ปลายประสาทมากจนเกิด over stimulation ของกล้ามเนื้อเกิด muscle twitching และ cramp ในช่วงแรก และเกิดกล้ามเนื้ออ่อนแรง (paralysis) ตามมาในที่สุด (รูป D)

         Anatoxin-a(s) เป็นสารพิษที่สร้างจากสาหร่ายสกุล Anabaena ซึ่งกลไกการออกฤทธิ์นั้นเกิดขึ้นโดย anatoxin-a(s) จะไปจับกับ AChE ทำให้ AChE ทำลาย ACh ที่หลั่งออกจากปลายประสาทไม่ได้ เกิด over stimulation ของปลายประสาท (รูป E ) ทำให้กล้ามเนื้ออ่อนแรงตามมา 

         จะเห็นว่ากลไกของการเกิดพิษของ anatoxin-a(s) นั้นคล้ายกับกลไกการเกิดพิษของ organophosphate มาก ซึ่ง ‘s’ ของ anatoxin-a(s) นั้นคือ salivation เพราะสัตว์ที่ได้รับพิษเข้าไปจะมีน้ำลายหลั่งออกมามาก Anatoxin-a และ anatoxin-a(s) ออกฤทธิ์ที่ neuromuscular junction แต่สำหรับ saxitoxin และ neosaxitoxin จะมีผลต่อการส่งกระแสประสาทที่ axon โดย saxitoxin และ neosaxitoxin จะไปยับยั้ง sodium ion ในการเคลื่อนที่ผ่าน sodium channel จึงยับยั้งการส่งผ่านของกระแสประสาท และยับยั้งการหลั่งของ ACh ทำให้เกิดกล้ามเนื้ออ่อนแรงตามมา(รูป A และ B )

         saxitoxin และ neosaxitoxin นั้นพบในสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินในสกุล Anabaena, Aphanizomenon ซึ่งสารพิษทั้ง 2 ชนิดนี้ยัง สามารถพบในสาหร่ายชนิดอื่นๆ ได้ โดยทำให้เกิด “red tides” (red waterblooms) ในทะเล หอย 2 ฝาที่กินสาหร่ายที่ สร้างสารพิษชนิดเป็น อาหารจึงมีสารพิษสะสมอยู่ เมื่อมีผู้บริโภคหอยเข้าไปทำให้เกิดอาการอ่อนแรงที่เรียกว่า paralytic shellfish poison

2. สารพิษที่มีผลต่อตับ สารที่มีพิษต่อตับที่สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินสร้างมี 2 ชนิด คือ microcystin และ nodularin ซึ่งพบในสาหร่ายสกุล Microcystis และ Nodularia ตามลำดับ สารพิษทั้ง 2 ชนิดนี้ออกฤทธิ์ทำลาย hepatocyte โดยยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์ phosphatase โดยเฉพาะ phosphatase 1 และ 2A phosphatase นี้ทำงานร่วมกับเอ็นไซม์อื่น เช่น protein kinase ในการควบคุมการเพิ่มหรือลดจำนวน phosphate ใน protein ซึ่งจะมีผลสำคัญต่อโครงสร้างและการทำงานของ intermediate filament และ microfilament ของ cytoskeletal ของเซลล์ ฉะนั้นหากขาดความสมดุลย์ของปฏิกริยา phosphorylation และ dephosphorylation มีผลทำลาย cytoskeletal ของเซลล์ตับ ทำให้มีการหดตัวของเซลล์ตับรวมทั้ง sinusoidal capillary cell ทำให้เลือดแพร่ซึมเข้าไปในเซลล์ตับ เกิดมีการทำลายของเซลล์ตับตามมา (ดังรูปที่ 2)

         จากกลไกของสารพิษ microcystin และ nodularin ที่มีผลต่อเซลล์ตับดังกล่าวข้างต้นนั้น จะพบว่าการยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์ protein kinase และ protein phosphatases จะมีผลต่อการควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์ (proliferation) คนที่ได้รับ toxin ชนิดนี้ปริมาณน้อยๆ ไม่ทำให้เกิดการทำลายเซลล์ตับอย่างรุนแรง แต่จะเป็น tumor promoter โดยหากมีสารบางอย่างเป็นตัวกระตุ้น (trigger) ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ตับ สารพิษชนิดนี้จะเป็นตัวเสริมให้มีการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์มะเร็งได้มากขึ้น 

         มีการศึกษาของ Yoshio Ueno และคณะในปี 1993-1994 ตรวจพบปริมาณ microcystin toxin ในแหล่งน้ำดื่มในเมือง Haiman ประเทศจีน ซึ่งมีอุบัติการณ์ของการเกิด primary liver cancer สูง คณะผู้ทำวิจัยคาดว่า microcystin toxin น่าจะเป็น risk factor หนึ่งของการเกิดได้ นอกจากนี้ยังมีรายงานการเกิดตับอักเสบเฉียบพลันและเสียชีวิตในผู้ป่วยที่ได้รับสารพิษ microcystin จาก hemodialysis center แห่งหนึ่งในประเทศบราซิลเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 1996 พบว่า มีผู้ป่วยที่มีอาการตับอักเสบฉับพลันทั้งหมด 101 คนจากผู้ป่วยที่ทำ hemodialysis 130 คน โดยผู้ป่วยเหล่านี้มีอาการคลื่นไส้อาเจียน ปวดศีรษะ กล้ามเนื้ออ่อนแรง และมี visual disturbance เช่น blurred vision, scotoma หรือ night blindness ผลตรวจทางห้องปฏิบัติการพบมีการเพิ่มขึ้นของ serum aspartate aminotransferase, total bilirubin, prothrombin time ผู้ป่วย 50 คน จาก 101 คนนี้เสียชีวิต ผล autopsy ทั้งหมด 16 คนพบว่ามี disruption ของ liver plates, cell deformity, extensive necrosis, apoptosis, severe cholestasis, cytoplasmic vaculolization mixed leukocyte infiltration 

         นอกจากนี้ยังตรวจพบ microcystin toxin โดยวิธี enzyme-linked immunoabsorbent assay (ELISA) ในแหล่งเก็บกักน้ำที่ใช้ในการทำ dialysate ของ center ดังกล่าว ซึ่งมีความผิดพลาดในการบำบัดน้ำก่อนนำมาเก็บกักเพื่อทำ dialysate และยังพบในเลือดและในเซลล์ตับของผู้ป่วยที่เสียชีวิต 17 คน โดยมีปริมาณ 0.03-0.06 กรัม/กก.ของเซลล์ตับ (ค่ามัธยฐาน = 0.18) โดยปกติสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินนั้น พบอยู่ทั่วไปในแหล่งน้ำจืด แต่จะทำให้เกิดพิษต่อเมื่อมีการเพิ่มจำนวนของสาหร่ายปริมาณมาก โดยสาหร่ายจะปลดปล่อยสารพิษออกจากเซลล์เมื่อเซลล์แก่และตายทำให้มีเซลล์แตก สารพิษนี้จึงปนเปื้อนในแหล่งน้ำนั้นๆ 

         ปัจจัยที่มีผลต่อการเพิ่มปริมาณของสาหร่ายอย่างมากนั้นขึ้นกับ 1) แหล่งน้ำที่นิ่งสงบ 2) อุณหภูมิของแหล่งน้ำประมาณ 15-30 ํC 3) แหล่งน้ำนั้นมี pH ประมาณ 6-9 4) แหล่งน้ำนั้นมีการปนเปื้อนของสารอาหารจำพวก nitrate และ phosphate ปริมาณมาก การบำบัดน้ำ(water treatment) 

         โดยทั่วไปสามารถกรองสาหร่ายดังกล่าวได้เพียงบางส่วน และลดความเข้มข้นของสารพิษลงได้ ในประเทศไทย ดร.อาภารัตน์ มหาขันธ์ และคณะ ได้ศึกษาความเป็นพิษของสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ในระหว่างเดือนกุมภาพันธ์2539 - เมษายน 2540 พบว่าแหล่งน้ำในประเทศไทยจำนวน 5 แหล่ง ได้แก่ เขื่อนแม่กวง จังหวัดเชียงใหม่, เขื่อนลำตะคอง จังหวัดนครราชสีมา, อ่างเก็บน้ำบางพระ จังหวัดชลบุรี, เขื่อนแก่งกระจาน จังหวัดเพชรบุรี และสระน้ำเลี้ยงเป็ดหน้าเรือนจำคลองเปรม กรุงเทพฯ ในทุกแห่งพบสาหร่าย Microcystin aeruginosa ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ผลิตสารพิษ โดยมีปริมาณความเข้มข้นของสารพิษที่ผลิตขึ้นภายในเซลล์อยู่ระหว่าง 0.3-0.8 มก.ต่อกรัมเซลล์สาหร่ายแห้ง 

         สำหรับรายงานการเป็นพิษส่วนใหญ่แล้วจะพบในสัตว์เลี้ยงที่บริโภคน้ำเข้าไป หรือในสัตว์น้ำที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำดังกล่าว ในต่างประเทศมีการตื่นตัวเกี่ยวกับสารพิษ microcystin มาก โดย WHO ได้มีการกำหนดปริมาณ microcystin ที่ตรวจพบในน้ำประปาไม่เกิน 1 ไมโครกรัมต่อลิตร แต่สำหรับในประเทศไทยยังไม่มีการกำหนดค่ามาตรฐานสำหรับ microcystin toxin ในน้ำดื่ม ฉะนั้นจะเห็นว่า microcystin toxin เป็นสารพิษที่สร้างจากสาหร่ายในสกุล Microcystis ซึ่งเป็นกลุ่มของ cyanobacteria ผลของ toxin นี้ทำให้เกิดพิษต่อตับโดยมีเฉพาะรายงานในสัตว์เลี้ยง หรือสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำนั้น 

         แต่รายงานในคนที่ทำให้เกิดตับอักเสบโดยการดื่มกินน้ำที่มีการปนเปื้อนของ microcystin toxin ยังไม่มี ส่วนการกระตุ้นให้เกิดมะเร็งนั้นก็ยังอยู่ในระหว่างการศึกษาเพิ่มเติม ยังไม่มีรายงานชัดเจนว่าปริมาณน้ำของ toxin ที่ได้รับเข้าไปประมาณเท่าไหร่จึงทำให้เกิดพิษในคน หรือเป็น tumor promotor ได้ ฉะนั้นพิษของ microcystin คงเป็นสิ่งที่เราควรจะตระหนักถึง แต่ไม่ควรที่จะตระหนกมากเกินไป และสิ่งที่สำคัญไม่น้อยคงเป็นการดูแลแหล่งน้ำไม่ให้มีสารปนเปื้อนที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของ สาหร่ายเหล่านี้มากขึ้น เพื่อป้องกันไม่ให้มีปริมาณความเข้มข้นของ microcystin ในแหล่งน้ำนั้นเพิ่มขึ้นด้วย