有機物毒性作用機制

在水體毒理學中針對現在的有機物性質分類出多種機制， 而大多數 的分類法是將化學物質分成可逆非特定型(reversible non-specific or general) 和不可逆特定型(irreversible specific) 兩類型。可逆非特定型之化學物質所 造成的毒性又可分為非極性麻醉型(nonpolar narcotic)和極性麻醉型(polar narcotic)，這類物質會以非特定的型式造成細胞膜出現孔洞，導致毒性物 質 可 以 進 入 細 胞 膜 內 產 生 毒 性 反 應 ； 而 特 定 型 毒 性 是 由 反 應 性 物 質 (reactive compound) 所 造 成 ， 追 究 其 致 毒 性 的 原 因 為 細 胞 的 受 體 位 置 (receptor site)遭受毒物攻擊，該位置的官能因為化學物質的作用而崩潰 (Gunatilleka & Poole, 1999; Akers et al., 1999)。Dawson et al. (2006) 以 Microtox 對 10 種軟親電性化學物質做混合毒性試驗，對可逆以及不可逆 的毒性作用反應做了整理探討，此文獻中也指出在 Microtox 的試驗中，可 逆反應為毒化物進入到細胞模雙脂層中，螢光菌細胞並未死亡，只是導致 細胞功能出現障礙，引貣了螢光反應的削減，而不可逆反應的毒性則為毒 化物導致螢光菌細胞的死亡而造成。 圖 2.4.1 是最常見的有機物分類方 式，由辛醇-水係數來進行歸類：

非極性麻醉型 (nonpolar narcotic) 非 反 應 性 有 機 物

(Non-reactive)

極性麻醉型 （polar narcotic)

親電型 （electrophilic nonelectrolytes)

前親電型（proelectrophilic nonelectrolytes) 反 應 性 有 機 物

(Reactive)

具氰基型（cyanogenic nonelectrolytes)

多機制型（multiple mechanisms) 圖 2.4. 1 有機毒物的分類

1. 非反應有機物(Nonreactive)毒性機制

一般又可稱為麻醉效應毒性（Narcosis Effect），本機制符合辛醇-水係 數模式，即與親脂性有關。親脂性屬物理作用，其描述生物暴露於某一程 度的劑量內，當毒性物質移去，生物原有抑制反應因此消失，毒性呈現可 逆反應，在 Veith et al. (1983) 的 fathead minnow 針對屬非極性麻醉型工業 化學物質的急毒性試驗中，就觀察到這類可逆型的效應，該效應產生通常 與非共價鍵交互作用（non-covalent interactions）有關，即細胞膜內的脂質、

蛋白質或兩者間的凡得瓦爾力的交互作用（van der Waals interactions）瓦 解有關。

現 今 工 業 中 所 使 用 的 有 機 化 學 物 質 大 多 是 屬 於 麻 醉 型 式 (narcotic mode)毒性物質，且又以非極性麻醉型有機物占的量又最多，下列針對麻 醉型有機物進行分類探討：

 非極性麻醉型 (Nonpolar narcotic or Narcosis I)

Schultz et al. (1998) 文獻中之實驗結果發現，屬於這類型的化學

物質所觀測到的毒性會與 QSAR 模式之辛醇-水係數所預測到的毒性 有良好的相關性，其毒性與辛醇與水分佈係數成正比，顯示毒性作用 主要來自親脂性，藉由覆蓋於細胞膜上造成生化通徑阻塞，或造成細 胞膜的「非極化」而形成毒性，因此稱這類型有機物為「非極性麻醉」

型。此外因為這類型毒物的毒性與辛醇-水係數迴歸有較佳相關性的毒 性，且毒性較與其它類型毒物還要低，便將其定義成基線毒性（baseline toxicity），而常見的化學物質有烷類、醇類、醚類、苯類或帶有鹵素 取代基等製藥業、農藥和染料等工業常用的物質 (Schultz et al., 1998)。Cronin (1997) 由其弧菌實驗中，發現此類物質不發生生物性 的反應，它們的毒性強弱和在作用位置（site of actionor reaction site）

的濃度有關。

 極性麻醉型（Polar narcotic or Narcosis II)

Ren & Frymier (2002) 研究中認為這類型的化學物質毒性會較非 極性麻醉性毒物的毒性要高一些，而常見的毒物包含了氯酚類、硝基 苯類及本研究選用的苯胺類。由於這類毒物毒性較基線毒性高，原因 推測可能與其取代基的不同或是取代基的數目有關，Lin et al. (2004) 針對這類毒化物的取代基種類和取代機數目對毒性反應的影響也研 究發展出相關的模式。Jawecki & Sawicki(2002) 則指出這類型毒物主 要是含有可強烈釋放電子的氨基或氫氧根的芳香族，其表現的毒性約 為非極性麻醉性毒化物之毒性的 2 倍以上，Liao et al. (1996) 認為其 稍高的毒性可能和電荷有關。

2. 反應有機物(Reactive)毒性機制

這類型有機物除了具有非反應有機物毒性機制外，其官能基和生物體 內所產生之化學變化為主要之毒性來源，通常此類有機物質的毒性超過基 線毒性，比非反應有機物的毒性還要來的劇烈。Verhaar et al. (1992) 研究 中發現 reactive compounds 的毒性會大於 baseline toxicity 有數個 order 以

上。

反應性有機物其官能基具有強烈的親電性（Electrophile）能與生物體 內之酵素、反應位址之氨基及硫基產生鍵結、取代、錯合等之化學變化，

促使養分吸收、物質傳遞等新陳代謝循環之生化路徑因而受到破壞，造成 生命功能損壞。由於有機物質及生物體內之反應位址皆已產生化學變化，

反應鍵結能更大，無法像非反應有機物具有可逆性的效應，因此反應性有 機物質是屬於「不可逆毒性」。 Lipnick (1991) 將反應性有機物分為四類，

分別為反應性親電型毒性 （Electrophilic toxicity）、反應性前親電型毒性

（Pro-electrophilie toxicity）、反應性具氰基型毒性（Cyanogenic toxicity）

和反應性多機制型毒性（Multiple toxicity），而這四類代表生化作用如下:

(1) Electrophilic toxicity：主要由於有機物擁有的親電基(Electrophilic group) 和生物體內大型分子上的硫氧基等親核部分(Nucleophilic moiety )，產 生取代或相加反應而造成毒性。

(2) Pro-electrophilie toxicity：由於該類有機物經由一連串生化作用，將原來 物質轉變為 Electrophilie toxicity 的物質。

(3) Cyanogenic toxicity：由於毒物由水解或酵素活化放出氰酸離子而造成 毒性。

(4) Multiple toxicity：這類物質的毒性作用機制較為複推，複合各類官能基 的有機物，毒性作用機制可能是必須經過數階段或多重作用而形成毒 性的。