พยาธิสรีรวิทยา ของ ไข้

ภาวะตัวร้อนเกิน (ซ้าย) อุณหภูมิปกติของร่างกาย (อุณหภูมิเป้าหมายที่ร่างกายพยายามรักษาให้คงที่) แสดงด้วยสีเขียว และอุณหภูมิของภาวะตัวร้อนเกินแสดงด้วยสีแดง จากภาพในภาวะตัวร้อนเกินจะมีอุณหภูมิร่างกายสูงกว่าอุณหภูมิเป้าหมาย
ภาวะตัวเย็นเกิน (กลาง) อุณหภูมิปกติของร่างกายแสดงด้วยสีเขียว และอุณหภูมิของภาวะตัวเย็นเกินแสดงด้วยสีน้ำเงิน จากภาพในภาวะตัวเย็นเกินจะมีอุณหภูมิร่างกายต่ำกว่าอุณหภูมิเป้าหมาย
ไข้ (ขวา) อุณหภูมิปกติของร่างกายแสดงด้วยสีเขียวซึ่งเป็นอุณหภูมิปกติ "ใหม่" เพราะกลไกควบคุมอุณหภูมิได้ปรับอุณหภูมิเป้าหมายให้สูงขึ้น เป็นเหตุผลที่อุณหภูมิปกติเดิมของร่างกาย (น้ำเงิน) "เย็นเกิน" กว่าปกติ ผู้ป่วยจึงรู้สึกหนาวทั้งที่อุณหภูมิร่างกายสูงขึ้น

อุณหภูมิร่างกายถูกควบคุมโดยไฮโปทาลามัส สารที่กระตุ้นให้เกิดไข้หรือสารก่อไข้ (pyrogen) ทำให้มีการหลั่งโพรสตาแกลนดิน อี2 (prostaglandin E2; PGE2) ซึ่ง PGE2 จะมีผลต่อไฮโปทาลามัส ซึ่งส่งผลยังทั่วร่างกายตอบสนองให้มีการสร้างความร้อนเพื่อให้ไปยังอุณหภูมิเป้าหมายใหม่

ไฮโปทาลามัสทำงานคล้ายเทอร์มอสแตตของร่างกาย[20] เมื่ออุณหภูมิเป้าหมายที่ร่างกายพยายามรักษาสูงขึ้น ร่างกายจะพยายามเพิ่มอุณหภูมิทั้งโดยการสร้างความร้อนขึ้นและการกักเก็บความร้อนในร่างกาย การหดตัวของหลอดเลือดมีบทบาททั้งลดการสูญเสียความร้อนออกทางผิวหนังและทำให้ผู้ป่วยรู้สึกหนาว ตับช่วยสร้างพลังงานเพิ่ม ซึ่งหากกลไกดังกล่าวยังไม่เพียงพอที่ทำให้อุณหภูมิของเลือดในสมองสูงจนเท่ากับอุณหภูมิเป้าหมายในไฮโปทาลามัส ผู้ป่วยจะเริ่มหนาวสั่นเพื่อเป็นการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อเพื่อช่วยผลิตความร้อนเพิ่ม เมื่ออาการไข้หยุดอุณหภูมิเป้าหมายของไฮโปทาลามัสจะลดลง แล้วกระบวนการในร่างกายจะย้อนกลับทาง กล่าวคือหลอดเลือดขยายตัว ร่างกายหยุดกระบวนการสร้างความร้อนและหยุดสั่น และมีเหงื่อออกเพื่อทำให้ร่างกายเย็นลงเพื่อให้ถึงอุณหภูมิเป้าหมายใหม่ที่ลดลง

ตรงข้ามกับภาวะตัวร้อนเกิน ซึ่งอุณหภูมิเป้าหมายของร่างกายยังคงปกติที่เดิม และร่างกายมีความร้อนสูงมากเกินจากกลไกการกักเก็บความร้อนส่วนเกินที่ไม่พึงประสงค์และการสร้างความร้อนที่มากเกิน[20] ภาวะตัวร้อนเกินมักเป็นผลจากการอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่ร้อนเกิน (เป็นลมเพราะความร้อน) หรือปฏิกิริยาไม่พึงประสงค์จากยา ไข้สามารถแยกได้จากภาวะตัวร้อนเกินจากสภาวะแวดล้อมรอบตัวและการตอบสนองต่อยาลดไข้

สารก่อไข้

สารก่อไข้เป็นตัวชักนำให้เกิดไข้ ซึ่งอาจเป็นทั้งจากภายในหรือภายนอกร่างกาย ตัวอย่างของสารก่อไข้จากนอกร่างกายเช่นไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ (lipopolysaccharide; LPS) ซึ่งมาจากผนังเซลล์แบคทีเรียบางชนิด ความสามารถในการก่อไข้ของสารก่อไข้ต่างๆ มีความหลากหลาย เช่นสารก่อไข้จากแบคทีเรียบางชนิดที่เรียกว่าซูเปอร์แอนติเจน (superantigens) ทำให้เกิดไข้ได้รวดเร็วและอันตราย

สารก่อไข้ในร่างกาย

โดยหลักแล้ว สารก่อไข้ในร่างกายทั้งหมดคือไซโตไคน์ (cytokines) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบภูมิคุ้มกันแต่กำเนิด ไซโตไคน์ถูกสร้างจากเซลล์กลืนกิน (phagocytic cells) ที่กระตุ้นให้เพิ่มอุณหภูมิเป้าหมายให้สูงขึ้นในไฮโปทาลามัส สารก่อไข้ในร่างกายหลักที่สำคัญคือ อินเตอร์ลิวคิน 1 (interleukin 1) ชนิด α และ β[21] อินเตอร์ลิวคิน 6 (interleukin 6) และทูเมอร์ เนโครซิส แฟคเตอร์ อัลฟา (tumor necrosis factor-alpha) ส่วนสารก่อไข้ในร่างกายตัวอื่นๆ เช่น อินเตอร์ลิวคิน 8 (interleukin 8) ทูเมอร์ เนโครซิส แฟคเตอร์ บีตา (tumor necrosis factor-β) แมโครฟาจ อินเฟลมมาทอรี โปรตีน อัลฟา และบีตา (macrophage inflammatory protein-α and -β) รวมทั้งอินเตอร์เฟอรอน อัลฟา (interferon-α) อินเตอร์เฟอรอน บีตา (interferon-β) และอินเตอร์เฟอรอน แกมมา (interferon-γ)[21]

ไซโตไคน์แฟกเตอร์เหล่านี้ถูกหลั่งออกมาในระบบไหลเวียนโลหิต และเข้าไปยังส่วนที่อยู่รอบโพรงสมอง (circumventricular organ) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่โครงสร้างกั้นระหว่างเลือดและสมอง (blood-brain barrier) กรองสารได้น้อย ไซโตไคน์จึงดูดซึมสู่สมองได้ง่าย ไซโตไคน์แฟกเตอร์จะจับกับตัวรับบนผนังหลอดเลือดหรือทำปฏิกิริยากับเซลล์ไมโครเกลีย (microglial cell) ณ ตำแหน่งนั้น และเกิดการกระตุ้นวิถีกรดอะแร็กคิโดนิก (arachidonic acid pathway) ต่อไป

สารก่อไข้นอกร่างกาย

ตัวแบบของกลไกการเกิดไข้จากสารก่อไข้นอกร่างกายหนึ่งคือไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งเป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ โปรตีนที่มีชื่อว่าไลโปโพลีแซ็กคาไรด์-บายดิง โปรตีน (lipopolysaccharide-binding protein; LBP) จับกับ LPS ซึ่งโครงสร้าง LBP-LPS คอมเพล็กซ์นี้จะไปจับกับตัวรับ CD14 ของแมโครฟาจที่อยู่ใกล้เคียง ผลจากการจับกันทำให้มีการสร้างและหลั่งไซโตไคน์ในร่างกายหลายชนิด เช่น อินเตอร์ลิวคิน 1 อินเตอร์ลิวคิน 6 และ ทูเมอร์ เนโครซิส แฟคเตอร์ อัลฟา หรือกล่าวได้ว่าสารก่อไข้นอกร่างกายทำให้เกิดการหลั่งสารก่อไข้ในร่างกาย แล้วกระตุ้นวิถีกรดอะแร็กคิโดนิก (arachidonic acid pathway) ต่อ

การหลั่ง PGE2

การหลั่งโพรสตาแกลนดิน อี2 (prostaglandin E2; PGE2) มาจากวิถีกรดอะแร็กคิโดนิก วิถีนี้ถูกควบคุมโดยเอนไซม์ชื่อฟอสโฟไลเปส เอ2 (phospholipase A2; PLA2), ไซโคลออกซิจีเนส-2 (cyclooxygenase-2; COX-2) และโพรสตาแกลนดิน อี2 ซินเทส (prostaglandin E2 synthase) เอนไซม์เหล่านี้ทำหน้าที่ควบคุมการสร้างและหลั่ง PGE2

PGE2 เป็นสารควบคุมหลักของไข้ อุณหภูมิเป้าหมายของร่างกายจะยังคงสูงไปจนกว่า PGE2 จะหายไป โดย PGE2 มีผลต่อเซลล์ประสาทในบริเวณพรีออพติก (preoptic area; POA) ผ่านทางตัวรับชื่อโพรสตาแกลนดิน อี รีเซพเตอร์ 3 (prostaglandin E receptor 3; EP3) เซลล์ประสาทที่แสดงออก EP3 บนผิวเซลล์ในบริเวณ POA จะส่งกระแสประสาทไปดอร์โซมีเดียล ไฮโปทาลามัส (dorsomedial hypothalamus; DMH), รอสตรัล ราฟี พาลลิดัส นิวเคลียส (rostral raphe pallidus nucleus; rRPa) ในเมดัลลาออบลองกาตา, และพาราเวนทริคูลาร์ นิวเคลียส (paraventricular nucleus; PVN) ของไฮโปทาลามัส สัญญาณไข้ที่ถูกส่งไปยัง DMH และ rRPa ทำให้เกิดการกระตุ้นระบบประสาทซิมพาเทติกซึ่งทำหน้าที่กระตุ้นการก่อความร้อนชนิดไม่หนาวสั่น (non-shivering thermogenesis) และกระตุ้นให้หลอดเลือดที่ผิวหนังหดตัวเพื่อลดการสูญเสียความร้อนออกจากผิวร่างกาย สันนิษฐานว่ากระแสประสาทจาก POA ไปยัง PVN ควบคุมผลทางระบบประสาทร่วมต่อมไร้ท่อต่อไข้ผ่านทางกลไกที่เกี่ยวกับต่อมใต้สมองและต่อมไร้ท่ออื่นๆ อีกจำนวนมาก

ไฮโปทาลามัส

สมองทำหน้าที่ควบคุมกลไกที่มีผลต่อความร้อนของร่างกายผ่านทางระบบประสาทอิสระ ได้แก่

ระบบประสาทอิสระยังกระตุ้นเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล (brown adipose tissue) เพื่อสร้างความร้อน (การก่อความร้อนชนิดไม่เกี่ยวกับการออกกำลังกาย (non-exercise-associated thermogenesis) หรือที่เรียกว่าการก่อความร้อนชนิดไม่หนาวสั่น (non-shivering thermogenesis)) แต่กลไกนี้สำคัญเฉพาะในทารก การเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจและการหดตัวของหลอดเลือดทำให้ความดันโลหิตสูงในขณะมีไข้

ประโยชน์ของไข้

ยังมีข้อโต้แย้งถึงประโยชน์หรือโทษของไข้และประเด็นนี้ก็ยังคงเป็นที่ถกเถียง[22][23] การศึกษาในร่างกายของสัตว์มีกระดูกสันหลังเลือดอุ่น[24]และมนุษย์[25]บ่งบอกว่าสิ่งมีชีวิตจะหายจากอาการป่วยจากการติดเชื้อหรือความเจ็บป่วยวิกฤตจากไข้ได้เร็วขึ้น การศึกษาในฟินแลนด์บอกว่าเมื่อมีไข้จะช่วยลดอัตราตายจากการติดเชื้อแบคทีเรีย[26]

โดยทฤษฎีแล้ว ไข้ช่วยสนับสนุนกลไกการป้องกันของร่างกาย[22] มีปฏิกิริยาทางระบบภูมิคุ้มกันที่สำคัญบางอย่างที่ถูกเร่งได้ด้วยอุณหภูมิ และจุลชีพก่อโรคบางชนิดที่ชอบอุณหภูมิจำกัดอาจถูกยับยั้งได้[27] ไข้อาจเป็นประโยชน์ในบางครั้งเพราะทำให้อุณหภูมิร่างกายสูงขึ้นทำให้สภาพแวดล้อมไม่เหมาะกับจุลชีพก่อโรคบางชนิด และเม็ดเลือดขาวจะแบ่งตัวได้อย่างรวดเร็วขึ้นเพราะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมและยังช่วยต่อสู้กับเชื้อโรคและจุลินทรีย์ที่บุกรุกร่างกาย

มีงานวิจัย[28]ที่แสดงว่าไข้มีหน้าที่ที่สำคัญหลายประการในกระบวนการรักษาของร่างกาย เช่น