物有效性 (bioavailability)為毒理學的重要觀念，是指具有包封度介質 (如 土壤、礦渣等)中目標污染物 (如砷)，經特定暴露途徑 (如食入、吸入等) 為生物體分布、吸收、代謝之模式於一定時間後，目標污染物進入血液 循環系統的劑量與總暴露量之百分比 (Klasssen, 2001; 張，2005)。
生物有效性可分為兩部分說明與計算，分別為絕對生物有效性係數 (absolute bioavailability factor, ABF) 與 相 對 生 物 有 效 係 數 (relative bioavailability factor, RBF)，所謂絕對生物有效係數是指污染物進入血液 的劑量與暴露劑量的百分比，如公式(1)所示 (Klasssen, 2001; Kelly et al., 2002；江等，2006)。
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差，如公式(2)所示 (Kelly et al., 2002；江等，2006)。
% (intravenous injection)藉由毒理學建議之參考物質 (如醋酸鉛、砷酸鈉)所 得之ABF，一般均假設靜脈注射生物有效性為 100 %。 2002; Caussy, 2003; 張，2005；江等，2006)。
%
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相對生物可及性是以 Standard Reference Material (SRM)的 ABF 為基 準，評估污染物在不同介質中 (如土壤或水體等)溶出的程度，如公式(4) (Rodriguez et al., 2003; IRIS, 2008)。在體外試驗中，使用 RBF 之優點為 可減少因使用不同體外試驗方法，產生不同萃取效率所引起的差異，但 文獻中普遍未報告SRM 之 ABF，也未建立體外試驗之品管基準，因此不 利於本研究後續進行評比不同體外試驗研究之萃取效率差異。
最後，在健康風險評估量化估算時，對具有包封度之受污土壤，為正 確推估致癌風險，應採用RBF 做為修正係數而非 ABF，其主要原因為，
在Integrated Risk Information System (IRIS, 2008)資料庫中，對於砷之毒 性因子CSFs (cancer slope factors)，乃採用飲用水之暴露途徑 (假設砷於 水中100%被溶解)，作為劑量反應關係之推估值，但在不同介質 (如土壤)
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險公式，建議進行修正估算終身增加之致癌風險 (excess lifetime cancer risk, ELCR)如公式(5)所示(江等，2006；環保署，2006)。
( ) ( )
( ) ( )
, i, ×SF
×
= ×
AT BW
RBF
ELCRX i LIDX X i (5)
SFi=目標污染物 i 之斜率係數 (slope factor, (mg/kg-day)-1)
LIDx=樣品 X 之終身平均攝入該物質劑量 (lifetime intake dose, mg)
=(CT, mg/kg) × (IR,食入土壤速率, mg/day)× (EF,暴露頻率, day/year)
× (ED,暴露期間, year) × (10-6,轉換因子, kg/mg) BW=受評估族群之平均體重 (kg)
AT=受評估族群之平均餘命日數 (day)
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2-2 胃腸生物有效性體外試驗之簡化趨勢
在受污土壤風險評估中，生物有效性是一個重要的觀念，若利用體 內試驗評估生物有效性，由於體內試驗使用動物進行研究，需要花費較 多的成本與時間 (Kelly et al., 2002)。鑒於此，美國早於 1992 年開始著 重研發二階段胃腸生物有效性體外試驗方法，研究至今體外試驗各參數 也趨於一致，在驗證體內與體外試驗方面也有良好的線性相關。近幾年，
有專家學者將二階段生物有效性體外試驗簡化為一階段胃相生物有效性 試 驗 稱 為 SBET 試 驗 方 法 (Simplified Bioaccessibility Extraction, SBET)，應用於受污土壤之健康風險評估，以下討論 SBET 試驗方法之 沿革與研究成果。
首先彙整前期研究 (張，2005)與本研究蒐集 1992 至 2007 年有關於 二階段胃腸生物有效性體外試驗之重要文獻，有Davls et al. (1992), Ruby et al. (1993; 1996; 1999), Hamel et al. (1998), Rogriguze et al. (1999), Sarkar et al. (2003), 張(2005), Pouschat et al. (2006), Bruce et al. (2007)，
綜合這些文獻主要研究成果如下說明：
1. 文獻中探討受污土讓砷之生物有效性時，根據生物有效性定義，應 以RBF 值表示，但仍有部分文獻以 ABF 值表示 (Hamel et al., 1998;
Poushat et al., 2006)，且大部分文獻皆未報告 SRM (砷酸鈉與標準土 壤)之 ABF，欠缺系統品管基準，因此難以評比不同試體外驗方法之 研究結果。
2. 大多數文獻以探討土壤與受污場址中砷與鉛之生物有效性為主，砷 之生物有效性變異範圍大，其範圍為4-55 %，此結果對於訂定整治 目標及花費成本影響甚大，如Table 2-1 所示。
3. 文獻中探討土壤與受污場址中砷之胃腸生物有效性，其胃相 RBF 均 較小腸相RBF 大，如 Table 2-1 所示。
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Table 2-1 不同土壤來源之胃相(Gastric phase)和腸相(Intestinal phase)砷 RBF 與 ABF 文獻值
土壤來源 RBFG RBFI ABFG ABFI 參考文獻
near CCA-Treated utilitypoles soils - - 36.2 40.7 Pouschat et al., 2006 4. 相較於體內動物試驗，體外試驗與體內試驗生物有效性有良好的線
性相關，但大多數研究中皆低估體內試驗RBF 達 40 %，且 Rogriguze et al. (1999)使用 PBET 試驗方法，研究發現胃相比小腸相階段較能 準確推估體內動物試驗砷 RBF (RG=0.83, slope=0.88 vs. RI=0.82, slope= 0.76)，因此本研究將進一步探討僅使用 SBET 試驗方法之可 行性。
5. Ruby et al. (1999)與 Wragg et al. (2002)評析其他文獻，說明影響無機 金屬生物有效性之因素包含物化特性與體外試驗方面等因素，如污 染物之礦物型態 (mineral form)、粒徑大小 (grain size)、包封度 (encapsulation)、胃腸酸鹼值、蠕動速度。就礦物形態而言，當砷與 硫化物結合後會形成穩定的礦物型態，與砷之氧化物比較 (如 Fe-As oxides、Mn-As oxides 與 Pb-As oxides)，其溶解度較低使生物有效性 亦較低。對同一物質而言，粒徑越大，生物有效性越小。在包封程 度上，含砷化合物被石英 (quartz)包封，砷不易溶解使生物有效性較 低，但砷化合物若被礦渣 (slag)包封會使生物有效性提高，如 Figure 2-1 所示。
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Figure 2-1 影響砷之生物有效性之物化特性示意圖 (Ruby et al., 1999) 6. 胃腸生物有效體外試驗研究發展至今超過 10 年，已詳盡考量人體胃
腸消化環境各項參數，試驗參數也漸趨一致，如樣品前處理、溫度 控制、胃腸相酵素添加物、胃腸相pH 值與反應時間等參數，但仍有 需要釐清之問題，如：液固比、蠕動強度、小腸相反應時間等，本 研究將進一步探討。
7. 體外試驗設備皆為開放式反應槽體，並通入惰性氣體以維持厭氧狀 態，不僅花費高昂且試驗程序繁瑣，於第2-3 節進行討論。
Table 2-2 為本研究彙整近幾年一階段胃相生物有效性體外試驗 (SBET)方法之沿革與研究成果。SBET 試驗方法為參考 Ruby et al. (1996) 所建立之PBET (physiologically based extraction test)試驗方法之胃相參 數，使用開放性系統之反應槽體，胃相萃取液為glycine，液固比為 100:1 mL/gm，溫度為 37 oC，震盪 1 小時，文獻中各參數於下一節進行討論。
13 Myungbong. Songchun mines)，調查鄰近礦區附 近農田與稻田之土壤中含砷與其他毒性重金
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Table 2-2 一階段胃相生物有效性體外試驗方法(SBET)之沿革表(續)
參考文獻 研究目的 研究成果
Juhasz et al. (2007b) 使用 SBET 試驗方法評估 railway corridor , dip site 與mine site 三個場址中受 As 污染土壤之生物有效 性，並探討影響As 生物有效性之因素。
1. 提出使用 SBET 試驗方法之理由為，在 pH 值較低之胃 相，其溶解度較大，生物有效性相對較高，從Rogriguze et al.1999 研究中亦提及，胃相比小腸相較能準確推估動 物實驗RBF (Rogriguze et al., 1999; Kelly et al., 2002)。
2. 研究發現，railway corridor soils 平均 As 之 ABF 為 34 %, dip site soils 平均 As ABF 為 28 %; mine site soils 平均 As ABF 為 24 %，皆小於 50 %，由此表示經由食入受污土 壤之暴露途徑，Asu 毒性物質並不會 100 %被人體腸胃道 所吸收。
3. 藉由土壤物化特性預測體外 As 之生物有效性，利用迴歸 模式發現，在railway 和 mine site 的土壤與總 As 濃度與 總Fe 含量有良好的線性相關 (r2=0.90 and 0.98)。
Juhasz et al . (2007a) 探討體內豬試驗與 SBET 體外試驗之相關性。 1. 利用 Juhasz et al. (2007b)所分析之 As ABF 值，從中選取 不同土壤之生物有效性範圍為7 - 75 %，大多小於 50%。
2. 利用體內豬試驗進行相關性比較發現，體外試驗與體內 試驗有良好的線性相關，表示體外試驗可以準確預測體 內As RBF (r2=0.92)，
3. 利用上述結果，建議可使用便宜且快速之體外試驗方法 取代體內試驗方法。
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再者，SBET 試驗方法，對於生物有效性表示方法皆以 ABF 值表示，而 非以RBF 值表示，且未建立品管基準，不易與其他試驗方法評比。
在2002 年開始專家學者使用 SBET 試驗方法評估受污土壤中生物有 效性，並以生物有效性作為健康風險評估之依據，Kim et al. (2002)與 Lee et al. (2006)為同一研究團隊，針對韓國廢棄礦區，使用 SBET 試驗方法 評估受污土壤中含砷與其他毒性重金屬物質 (Cd, Cu, Pb 和 Zn)之全量 濃度以及生物有效性。Kim et al. (2002)僅針對韓國某一廢棄礦區 (Duckum mine)，調查鄰近礦區附近農田與稻田之土壤中含砷與其他毒性 重金屬物質 (Cd, Cu, Pb 和 Zn)之全量濃度與生物有效性，研究結果發 現，農田與稻田之土壤含砷平均全量濃度以農田含量較多，分別為 9.4 mg/kg 與 2.3 mg/kg；平均 As ABF 亦以農田較大，分別為 20.1 %與 17.9
%，表示農夫或當地居民，在長時間暴露情況下，經由食入受污土壤之 會造成潛在的健康風險危害。
進一步，Lee et al.學者於 2006 年針對韓國 5 個廢棄礦區 (Dukeum, Dongil, Myungbong. Songchun mines)，調查鄰近礦區附近農田與稻田之 土壤中含砷與其他毒性重金屬物質之全量濃度與生物有效性，研究結果 發現，利用SBET 試驗方法之 As 萃取濃度以 Songchun mine 較大，農田 與稻田之As 萃取濃度分別為 20.6 mg/kg 與 12.4 mg/kg，皆遠低於總 As 濃度 (196 mg/kg)，本研究估算 As ABF 分別為 11 %與 6 %。再者利用 As 萃取濃度估算致癌風險值，發現 Songchun mine 相較於其他礦區有較 高的致癌風險值，但仍在可接受風險範圍內 (10-6-10-4)。綜合上述 Kim et al. (2002)與 Lee et al. (2006)研究團隊之結果發現，As ABF 皆小於 50 % 並且遠小於一般假設100 %被人體胃腸道所吸收之值，表示在量化風險 時，若使用100 %保守情境則會高估風險。
Wang et al. (2006)研究，利用 SBET 試驗方法，調查城市中路邊土壤
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之含砷與其他毒性重金屬物質 (Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Cr)之全量濃度與生 物有效性，研究結果發現，雖As 含量較 Pb, Cu, Zn 低，但仍可在道路邊 檢測岀As 含量，其主要來源為媒燃燒所產生，As 萃取濃度與 ABF 分別 為7.5 mg/kg 與 27.3 %，由此可知 As 來源不僅來自於礦區，媒燃燒也會 產生。
Juhasz et al. (2007b), Juhasz et al. (2007a)為同一研究團隊，使用 SBET 試驗方法評估railway corridor , dip site 與 mine site 三個場址中受 As 污染 土壤之生物有效性，並探討影響As 之生物有效性因素，且進一步驗證體 內與體外試驗之可行性。此研究團隊提出使用 SBET 試驗方法之理由，
在pH 值較低之胃相，其溶解度較大，生物有效性相對較高 (Rogriguze et al., 1999; Kelly et al., 2002)，從 Rogriguze et al. (1999)研究中亦提及，胃 相比小腸相較能準確推估動物實驗 RBF，因此僅使用 SBET 試驗方法進 行評估As 之生物有效性。
Juhasz et al. (2007a; 2007b )研究發現，railway corridor soils As ABF 為 6 - 89 %,平均 As ABF 為 34 %; dip site soils As ABF 為 9 - 89 %,平均 As 之 ABF 為 28 %; mine site soils As ABF 為 5 - 36 %，由結果可知，不同場址 中，As ABF 均小於 50 %，表示經由食入途徑暴露到受污土壤，並不會 100%被人體腸胃道所吸收，若進行風險評估量化時，使用保守情境選用 100 %，則會高估風險，產生不確定性且會增加整治成本。此研究亦提及，
可藉由土壤物化特性預測體外As 之生物有效性，利用迴歸模式發現，在 railway 和 mine site 的土壤與總 As 濃度以及總 Fe 含量有良好的線性相關 (r2=0.90 and 0.98)。再者進一步選取 20 個不同土壤之生物有效性其範圍為
可藉由土壤物化特性預測體外As 之生物有效性，利用迴歸模式發現，在 railway 和 mine site 的土壤與總 As 濃度以及總 Fe 含量有良好的線性相關 (r2=0.90 and 0.98)。再者進一步選取 20 個不同土壤之生物有效性其範圍為