毒性物質劑量反應模式

以 毒 理 學 的 角 度 而 言 ， 劑 量 與 反 應 關 係 (dose-rseponse relationship) 是探討化學物質對生物體所造成影響之基礎。美國國家 科學院將劑量—反應關係定義為：一種物質給予或接受的劑量與在 暴露族群中某種健康效應之發生率的關係之特性描述，並且以人類 暴露到此物質來估計此效應的發生率之過程；所有的物質皆可能有 毒，是否為毒性物質最主要差別在所暴露之劑量。毒性研究主要可 以分成模式推估及實驗驗證兩大部分。若從數據分析的部分來看：

在毒性試驗過程中，實驗物種受毒性物質作用時，所造成生物體 50

％受抑制（或死亡）時所表現出的毒性物質濃度，即稱做EC₅₀；而由 受影響或死亡的百分率所迴歸出的S曲線關係，稱為劑量-反應曲線 圖（Dose-response curve）；在劑量反應曲線座標中，通常x軸代表毒 性物質的濃度，而y軸代表毒性物質對受測生物體的抑制率。在毒性 試驗過程中，受測生物受毒性影響造成 50%抑制或死亡，稱為EC50

(50% Effect Concentration) 或LC50 (50% Lethal Concentration)。生物 體受毒性物質影響的劑量反應關係如Fig 3.1 所示。虛線與實線分別 代表受測生物體A與B的劑量反應曲線，可以看出虛線的斜率大於實 線的斜率，表示生物體A對毒性物質的容忍範圍較小，亦說明了生 物體A對毒物濃度的變化較敏感：微量的濃度變化即可導致抑制率 的明顯改變。而在抑制率為0.5 處，延伸至兩曲線所對應的毒性物質 濃度，即為毒性物對生物體所造成的半致死濃度(EC50)。

Fig 3.1 典型的毒性試驗劑量反應曲線

欲從S型曲線求得EC₅₀或EC₁₀並不容易，因此必須藉由數學關係 式將S型轉為直線型以便求取，此種數學轉換模式便稱為劑量反應關 係模式，不同的模式根據的理論基礎互有出入，因此同一組數據，

經由各種不同模式的分析，其結果可能有所差異；以生物試驗來 講，不同生物甚至不同觀測參數 ( Endpoint ) 對毒性物質容忍度不 盡相同，若以不適當之反應模式計算，實驗點與理論點間變異過 大，則所得結果則相當可議，尤其在所求為外插情況下，變異波動 更加明顯，因此數據處理程序中往往需要作適合度分析，以判斷最 適合之使用模式。

一 般 常 見 的 毒 性 物 質 劑 量- 反 應 模 式 為 有 三 種 ， 包 括 了 ： Probit、Weibull 及 Logit 模式，皆是依據不同的假設發展而成，本研 究以 Probit 模式為主；Probit 模式為假設毒性物質對於受體生物的容 忍度為一常態分布，因此以常態分佈函數來表示毒物對生物抑制率 P 對毒物濃度（劑量）Z 的濃度（劑量）反應曲線。Probit 模式，為 毒性試驗報告中最常見的劑量-反應模式，主要是由實驗經驗，再加 上理論基礎所得的一個模式，其係假設生物對毒性物質的容忍度分

布為常態分布（Log-normal distribution），其主要以毒性物質濃度之 log 值與反應率之 NED（Normal equivalent deviation）具有線性關係 為基礎，其中反應率即測試生物對毒性物質之反應比率（如死亡率 應率（如死亡率等，單位：％），erf 為 error fuction。