第二章 文獻回顧
2.3 毒性化學物質
2.3.2 氯酚類有機物之應用
根據統計，氯酚化合物每年生產量多達二十萬噸之多[54]，其在生活或 工業上主要應用如下[55]:
澱粉、糊精及葡萄糖等的防腐劑
殺軟體動物劑
可抑制許多物質發酵
木頭的防腐劑 (殺黴菌劑)
土壤薰蒸劑，以消滅白蟻
除草劑及落葉劑
油漆、皮革、衣物之防腐劑
工業上常用來當殺黏液菌劑及抗藻劑
消毒、清潔時的抗菌劑
2.3.3 毒性物質 – 醛類
醛類化學物質為接有一-COH 官能機之碳氫化合物，其具有高揮發性、
難以保存且具有毒性的特性，在毒理學上來說，其具有高反應的特性而造 成生物體的危害，主要的毒性作用在於醛類毒性化學物質進入生物體內會 與蛋白質中的胺基反應結合造成蛋白質變性而失去原有的功能，生物體的 細胞有極大的危害。因此，在應用方面，主用作為消毒劑、除草劑、殺菌 劑或保存標本[57](如：甲醛)，而在環境中也是相當普遍可以發現其存在，
對環境中亦會造成相當大的危害，在 1995 年，亦被國際癌症機構(IARC) 確定為可疑致癌物質及致突變物質。而本研究中所選取的醛類化學物質為 丙醛、戊二醛及三烃基苯甲醛。
2.4 單一毒性
2.4.1 有機物毒性作用機制
在水體毒理學中針對現在的有機物的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 反 應 性 物 質 (Reactive) 與 非 反 應 性 物 質 (Non-reactive)兩類型。而非反應性物質(Non-reactive)又可分為非極性麻醉 型(nonpolar narcotic)和極性麻醉型(polar narcotic)，圖 2.4.1 是最常見的有機 物分類方式:
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，即與親脂力有關，而親脂力屬於物理作用，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，該現象也因此可稱為可逆性生理效應 (reversible physiological effect)，在 Veith et al.(1983)[43]的 fathead minnow(鰷魚)針對屬非極性麻醉 型工業化學物質的急毒性詴驗中，就觀察到這類可逆型的效應，該效應產 生與通常非共價鍵交互作用（non-covalent interactions）有關，即細胞膜內 的 脂 質 或 蛋 白 質 或 兩 者 間 的 凡 得 瓦 爾 力 的 交 互 作 用 (van der Waals interactions)[44]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[45]，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)[46]的實驗結果發現，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，
換句話說，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，因此我們可稱這類型有機物為「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，學者便將其定義成基線毒性（baseline toxicity），而常 見化學物質有烷類、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。Cronin and Schultz(1997)[47]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 and Frymier (2002)[48]認為這類型的化學物質毒性會較 Narcosis I 的毒性要高一些，而常見的毒物包含了的酚類、苯胺類、硝基苯類等。由 於這類毒物毒性較 baseline toxicity 還高，原因推測可能與其取代基的不同 或是取代機的數目有關。在 Jawecki and Sawicki(2002)[49]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 nonpolar narcotic compounds 的 2 倍以上，Liao et al.[50]則認為其稍高的 毒性可能和電荷有關，而常見化學物質有脂肪胺、芳香胺、亞硝苯胺、啶 類和酚。
(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即分子之疏水結構具 有麻醉效應毒性外，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，比非反應有機物還要毒。
Verhaar et al. (1992)[51]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，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)[52]將反應性有機物分為四類，分別為反應性親電型毒 性 （Electrophilie 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:
Electrophilie 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。
Pro-electrophilie toxicity：
該類有機物原本為非反應性物質，但經由一連串生化作用，將原來物 質轉變為 Electrophilie toxicity 的物質。
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。
Multiple toxicity：
這類物質的毒性作用機制較為複推，可能是因為毒性的產生是必頇經 過數階段或多重作用而形成毒性的。
2.5 混合毒性
2.5.1 非交互作用(Non-interative) 及交互作用(Interative)
Marking (1975,1977)曾說過混合毒性的研究只討論化學物質與生理系 統間的作用，而不討論化學物質間的作用，當只討論兩種化學物質共同導 致反應的發生，即可稱此特殊的反應為共同效應(joint effect)，而此 joint effect 可分為二類:
非交互作用(non-interative) 共同效應 (joint effect)
交互作用(interative)
回顧過去大多數的生態毒理學家大多以魚類為詴驗物種針對兩種或 多種以上的化學物質進行實驗，進行 joint effect 的探討，而在這門領域的 先軀者為 Bliss(1939)和 Gaddum(1948)，由 Bliss (1939)首先提出辨別混合毒 性作用的量化方法，針對單一毒性物質配合 probit 模式(常態分布函數)得 到劑量-反應曲線，依照曲線的平行與否來判定化學物質的混合毒性，理論 中將生物體對於毒性物質的容忍度相關性定義在 0 至 1 之間(ρ= 0 ~ 1)，當 ρ= 1 時表示兩毒物具有平行的劑量-反應曲線及呈現完全正相關的毒性容 忍度，而當ρ= 0 則指反應獨立和零相關。此外 Bliss 將毒性作用分成二種:
(1)簡單相似作用(Simple similar action, simple joint action or concentration dose addition)：用來描述非交互作用(Non-interative)的狀況，混合過程中化 學物質間不會交互影響，且各化學物質各會提供等比例的毒性單位，可用 於了解同分異構物(isomer)和結構相似物(analogue)。
(2)簡單非相似作用(Simple dissimilar action, simple independent action or response addition)：指化學物質間不會影響彼此的在生物反應位置(reaction site)產生的反應，活體動物所受的毒性是各混合物的總和，而反應相加 (response addition)指生物產生的毒性反應必頇等到毒物的劑量大於生物容 忍度才會顯現出來。
Plackett and Hewltt (1952)提出的理論為擴充 Bliss 毒性容忍度至負值，
並使用二維的常態分布函數計算，其明確的定義出四種反應作用的型式:
(1)以兩化學品首要反應的作用位置和型式的相同和不同可分為相似 (similar)和不相似(dissimilar)
(2)在兩化學品前提下，其中一個化學品是否會或者不會去干擾另一化學 品 所 引 發 的 生 化 反 應 ， 而 可 分 為 交 互 作 用 (interative) 和 非 交 互 作 用 (Non-interative)
爾後 D.Calamari(1992)將 Plackett and Hewltt 所提出的觀念整理成表 2.5.1.1 而則為常見的混合毒性的名詞則整理表 2.5.1.2。
表 2.5.1.1 四種不同的共同效應[16]
Condition Similar joint action Dissimilar joint action
Interaction absent simple similar action Independent action Interaction present complex similar action dependent action表 2.5.1.2 常見的混合毒性的名詞
Joint action
synergism additive antagonism
synergism expected action antagonism greater than additive
additive less than additive positive summation summation competitive addition supra-additive simple addition infra-additive
2.5.2 Isobologram
Lloyd (1961)為最早提出 TU、AI 和 MTI 三種參數即相關的觀念，該 作者當初選用 rainbow trout (彩紅鱒)針對兩種重金屬鋅和銅進行實驗，並 導入三參數來量化抽象的 Joint effect 作用，最後並以圖來表示該現象；
Joint effect 又可細分為四類，分別為簡單相加(simple additive)、協同作用 (synergism)、拮抗作用(antagonism)和不作用(no ineraction)，如表 2.5.3 所 示:
表 2.5.3 四種常見的混合毒性效應及判定指標.
Type of action Identification Index
simply additive ideal additive effects are observed when TU（or M） =1 the joint toxic response is equal to the sum AI =0
of the single chemical toxicity MTI=1 synergism combined effect is greater than the sum of TU＜1 the toxicity of individual chemical AI ＜0
MTI＞1 antagonism overall toxic effect is less than the sum of TU ＞1
the toxicity of individual chemical AI＞0 MTI＜0 no interaction joint toxic effect is equal to that caused by
the component with the greatest toxicity
TU = Toxic Unit, AI =Additive Index, MTI = Mixture Toxicity Index
2.5.3 非反應性與非反機有機物的混合毒性
在非反應性有機物的混合所呈現的效應部分，最早由 Hewlett and Plackett (1959)發現可由 CA (concentration – additiveity, ρ=1, λ=1) mode 預 測這類化學物質的 similar effect。Broderius and Kahl 以共同毒性理論(Joint effect theory )和 isobole diagrams 為根據，利用 fathead minnow(鰷魚)為詴驗 物種探討 Narcosis I 與 Narcosis II 的混和毒性，發現醇類等 27 種非反應有 機性毒物不論是兩兩相加，抑或是多種有機物混合在一起，結果均為毒性 相加，尤與 n-octanol 混合最為明顯，而其混合毒性指標 M 值範圍落在 0.87~1.23，AI 值範圍為 -0.233~0.149，而 MTI 值範圍則為 0.932~1.2 之間。
Hermen et al. 以 Daphnia（水蚤）針對醇類和含氯碳氫化合物等 10 種非反 應性有機物進行研究，結果顯示混合毒性效應主要偏向於毒性相加，而 Wolf et al. 也以 Daphnia 進行醇類等 25 種非反應性有機物進行混合毒性研 究，結果 M 值範圍在 1.04~1.20，而 MTI 值範圍則為 0.921~0.988 之間，
指標呈現簡單相加。Broderius et al.以 fathead minnow 評估 46 種工業常用 非反應型有機物的毒性，結果歸納有機物多呈現簡單相加且毒性反應無發 生交互作用。Veith and Broderius 發現非反應有機物若與酚進行混合詴驗時，
其結果會呈現強烈相加性。Chen and Chiou 以 Microtox 的詴驗中，在 26 組的非反應有機物的混合毒性詴驗有 22 組（85%）呈現毒性相加、3 組為 協同效應，而有一組為拮抗作用。在 Cheng and Lu 的 E-coli 實驗中，7 組 非反應有機物詴驗中有 2 組為毒性相加其它皆為拮抗作用。此外大多數的 學者也皆認為非反應有機物的混合毒性多呈現相加效應，由以上的結果可
其結果會呈現強烈相加性。Chen and Chiou 以 Microtox 的詴驗中，在 26 組的非反應有機物的混合毒性詴驗有 22 組（85%）呈現毒性相加、3 組為 協同效應，而有一組為拮抗作用。在 Cheng and Lu 的 E-coli 實驗中，7 組 非反應有機物詴驗中有 2 組為毒性相加其它皆為拮抗作用。此外大多數的 學者也皆認為非反應有機物的混合毒性多呈現相加效應，由以上的結果可