第五章 結果與討論
5.2 Microtox 混合物質毒性試驗結果
5.2.1 混合毒性單位分析
丙烯腈類反應性有機物與其作用機制不同之反應性有機物醛類以毒 性單位 1：1 的比例相混後，其毒性結果列於表 5.2.1；就總體而言，在這 30 組的混合毒性效應中，如表 5.2.2 所示，共有 22 組顯示毒性增強、5 組 顯示毒性相加而剩下3 組則呈現毒性減弱之情形。由此可發現，丙烯腈類 與醛類混合時，呈現協同作用之比例高達73%，由於混合毒性增強意味著 單一混合毒性的相加作用會低估實際的水體污染狀況，而導致更嚴重的環 境危害，因此是非常值得注意的現象。
若仔細觀察表 5.2.1，則可進而得知，當丙烯腈類與 Formaldehyde、
Butyraldehyde 及 Glutaraldehyde 混合時，皆產生協同之作用情形；進而比 較之，我們可以發現，協同作用又以丙烯腈類與 Glutaraldehyde 混合時最 為明顯，其次為Butyraldehyde 及 Formaldehyde，而 Glutaraldehyde 更常被 使用在研究、醫藥學等[33]之領域，雖然其並非直接的污染排放物，但因具 有與其他化合物混合後毒性增強的特性，故是值得被特別注意的；反之，
當丙烯腈類與 Propionaldehyde 及 3-Hydroxybenzaldehyde 混合時，則出現 了相加或拮抗之作用情形。
另外，就丙烯腈而言，我們可以發現，不同的取代基也會造成其混合 之 後 毒 性 的 影 響 ， 由 表 5.2.1 我 們 可 以 明 顯 的 發 現 ， 丙 烯 腈 中 3-Dimethylaminoacrylonitrle 與醛類混合時，其協同的作用更明顯提升，尤 其與Propionaldehyde 混合時，其他丙烯腈類主要呈現相加或拮抗之作用，
唯獨3-Dimethylaminoacrylonitrle 有毒性增強之趨勢。
觀察幾個混合毒性加強組別的 isobologram(圖 5.2.1 至圖 5.2.6)，可以
發 現 與 Glutaraldehyde 混 合 的 Acrylonitrile 、 Methacrylonitrile 及 2-Chloroacrylonitrile(圖 5.2.1 至 5.2.3)皆是明顯的毒性增強的情況，其結果 更比 RA model 預測之毒性明顯強烈許多。3-Dimethylaminoacrylonitrle 和 Propionaldehyde 混合時(圖 5.2.4)，在不同毒性單位比例的情況下，其毒性 增強的現象更勝於毒性單位1：1 時所造成之毒性。而 Methoxyacrylonitrile 與Butyraldehyde 混合情況則發現(圖 5.2.5)，當其混合毒性單位比例為 3：
1 時，呈現一相加之作用，顯示當 Butyraldehyde 貢獻較多毒性單位之情形 下，可能造成毒性較強的現象。另外，3-Dimethylaminoacrylonitrle 與 3-Hydroxybenzaldehyde 雖然在毒性單位比例為 1：1 的情況下呈現協同之 作用，但在不同比例情況下卻趨近於相加作用。
至於毒性減弱情況之 isobologram，其結果為圖 5.2.7 及圖 5.2.8。
Methacrylonitrile 和 Propionaldehyde 混合之結果是偏向毒性減弱的(圖 5.2.7)，而在 Methacrylonitrile 和 Propionaldehyde 混合比例 3：1 的情形下，
混合之毒性反應則為相加作用。最後圖 5.2.8 為 3-Ethoxyacrylonitrile 與 3-Hydroxybenzaldehyde 的 isobologram，有趣的是，由圖 5.2.8 可以發現，
3-Ethoxyacrylonitrile 與 3-Hydroxybenzaldehyde 在不同毒性單位比例情況混 合下，不僅呈現毒性減弱的狀況，甚至可觀察到具有complex joint action 之情形的出現。complex joint action 的特性主要為：(1)在任何的毒性單位 比例下均呈現混合毒性減弱之效應，(2)在不同的毒性單位比例下，其毒性 減弱的強度也會有所不同，這也表示在某一毒性單位比例下會有較明顯的 毒性減弱情況發生，(3)對於劑量-反應曲線斜率較大之毒性物質其在毒性 單位較小時對另一種毒性物質具有解毒之作用。一般而言，complex joint action 的現象主要出現在毒性物質之劑量-反應曲線斜率差異較大時才發 生，針對3-Ethoxyacrylonitrile 與 3-Hydroxybenzaldehyde 之劑量-反應曲線 斜率差異小，卻發生此一現象，其原因有待進一步研究。
親核的加成反應，而原因是由於腈類具有 C≡N 鍵，在 N 上面的孤對電子 (lone pair)就形成 nucleophlic center 而容易去攻擊 electrophile 之物質；反 之，醛類主要之官能基為 C=O 鍵，其中 O 因為具有高電負度，喜好拉電 子，易將π 鍵拉向自己，故醛類屬於 electrophile 之物質，因此腈類中的 N 就容易與醛類C=O 鍵上之 C 結合而發生反應而形成 cyanohydrin [34]。 本研究中丙烯腈類與 Glutaraldehyde 混合後毒性作用最為強烈，這可 能與Glutaraldehyde 具有兩個 C=O 鍵有關，因為這也表示 C≡N 與 C=O 的 反應位置增加，可能藉此導致毒性的增強。而至於與預測較為不符合的部 分，以3-Hydroxybenzaldehyde 來看，可發現 3-Hydroxybenzaldehyde 主要 帶 有 一 個 苯 環 ， 而 苯 環 其 實 屬 於 一 較穩 定 之 官 能 基 ， 因 此 腈 類 在 與 3-Hydroxybenzaldehyde 反應時，主要仍是以和醛基(-CHO)反應為主，但是 3-Hydroxybenzaldehyde 除了-CHO 之官能基外，主要還帶有-OH 之官能 基，而-OH 由於陰電性強喜歡與帶陽性的 C 反應，因此當丙烯腈類與 3-Hydroxybenzaldehyde 混合時，除了 C≡N 與-CHO 的反應外，可能還需考 慮與-OH 反應所產生之副產物，而這也可能是導致實驗結果出現不符合預 測之原因。
以化學鍵能來看，Formaldehyde 與 Propionaldehyde 是相對來說鍵能較 小者，而鍵能小者之化學物質，相較之下較為不穩定。在Formaldehyde 中 含有少量稳定劑與甲醇用來防止氧化與聚合，並且Formaldehyde 水合溶液 屬於較穩定物質，因此相較之下Propionaldehyde 由於較不穩定，推測其反 應應較為劇烈；另外，加成反應的產物為不穩定的，因此可能繼續進行反 應，而碳基也會影響鄰近它或與它相接之各種基的化學反應，如此一連串 的反應，是否導致丙烯腈類與Propionaldehyde 造成加成作用之原因是有待 後續研究的。
表5.2.1 不同機制之反應性物質混合毒性效應
Toxicant 1 Toxicant 2
M (95%CI)
Effect (obs/pred) Acrylonitrle 0.613 (0.507-0.756) S / S (0.70) 2-Chloroacrylonitrle 0.891 (0.826-0.967) S / S (0.63) Methacrylonitrile 0.583 (0.493-0.700) S / S (0.69) 3-Dimethylaminoacrylonitrle 0.402 (0.246-0.785) S / S (0.63) 3-Ethoxyacrylonitrile 0.571 (0.433-0.785) S / S (0.58)
FormaldehydeMethoxyacrylonitrile 0.780 (0.668-0.927) S / S (0.63) Acrylonitrle 1.081 (0.919-1.308) + / S (0.77) 2-Chloroacrylonitrle 1.029 (0.816-1.376) + / S (0.71) Methacrylonitrile 1.334 (1.270-1.403) A/ S (0.75) 3-Dimethylaminoacrylonitrle 0.653 (0.533-0.800) S / S (0.69) 3-Ethoxyacrylonitrile 0.900 (0.715-1.180) + / S (0.65)
PropionaldehydeMethoxyacrylonitrile 0.765 (0.608-1.007) + / S (0.71) Acrylonitrle 0.527 (0.459-0.609) S / S (0.80) 2-Chloroacrylonitrle 0.431 (0.377-0.496) S / S (0.74) Methacrylonitrile 0.370 (0.305-0.449) S / S (0.78) 3-Dimethylaminoacrylonitrle 0.458 (0.316-0.709) S / S (0.72) 3-Ethoxyacrylonitrile 0.509 (0.369-0.759) S / S (0.69)
ButyaldehydeMethoxyacrylonitrile 0.314 (0.242-0.417) S / S (0.74) Acrylonitrle 0.416 (0.300-0.596) S / S (0.72) 2-Chloroacrylonitrle 0.444 (0.318-0.635) S / S (0.65) Methacrylonitrile 0.329 (0.249-0.439) S / S (0.70) 3-Dimethylaminoacrylonitrle 0.394 (0.323-0.489) S / S (0.64) 3-Ethoxyacrylonitrile 0.306 (0.249-0.373) S / S (0.60)
GlutaraldehydeMethoxyacrylonitrile 0.426 (0.370-0.492) S / S (0.66) Acrylonitrle 1.549 (1.370-1.772) A/ S (0.63) 2-Chloroacrylonitrle 1.132 (0.947-1.304) + / S (0.55) Methacrylonitrile 0.491 (0.377-0.653) S / S (0.60) 3-Dimethylaminoacrylonitrle 0.676 (0.515-0.942) S / S (0.53) 3-Ethoxyacrylonitrile 1.342 (1.084-1.717) A/ S (0.50) 3-Hydroxybenzaldehyde
Methoxyacrylonitrile 0.659 (0.487-0.961) S / S (0.56)
A：antagonistic S：synergistic +：additiveM：混合之毒性單位 95% CI 則為其信賴區間值
表5.2.2 各個毒性效應占總混合毒性效應之比例關係
Overall
No. of case %
Synergism 22 73
Addition 5 17
Antagonism 3 10
Total 30 100
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Glutaraldehyde (unit TU)
A crylonitrile
NA
ρ=0.8 λ= 2.2
NA
CA RA
RM
圖5.2.1 不同 model 預測 Acrylonitrile and Glutaraldehyde
混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Glutaraldehyde (unit TU)
Methacrylonitrile
NAρ=0.95 λ= 2.5
NA
CA RA
RM
圖5.2.2 不同 model 預測 Methacrylonitrile and Glutaraldehyde 混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Glutaraldehyde (unit TU)
2-C hloroacrylonitrile
NA ρ= 0.85 λ= 2.1 NA
RA CA
RM
圖5.2.3 不同 model 預測
2-Chloroacrylonitrile and Glutaraldehyde 混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Propionaldehyde
(unit TU)
3-Dimethylaminoacrylonitrile
NA ρ=1 λ= 2.5 NA
RA CA
RM
圖5.2.4 不同 model 預測
3-Dimethylaminoacrylonitrile and Propionaldehyde 混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Butyraldehyde (unit TU)
Methoxyacrylonitrile
NAρ=0.95 λ= 2.0 NA
CA RA
RM
圖5.2.5 不同 model 預測
Methoxyacrylonitrile and Butyraldehyde 混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
3-Hydroxybenzaldehyde (unit TU)
3-D imethylaminoacrylonitrile
NA ρ=0.5 λ= 0.8 NA
CA RA
RM
圖5.2.6 不同 model 預測
3-Dimethylaminoacrylonitrile and 3-Hydroxybenzaldehyde 混合毒性與實際結果之isobologram 繪製圖
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Propionaldehyde (unit TU)
Methacrylonitrile
NA ρ=0.7 λ= 0.15 NA
CA
圖5.2.7 Probit Isobologram of Methacrylonitrile and Propionaldehyde
isobologram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
3-Hydroxybenzaldehyde (unit TU)
3-Ethoxyacrylonitrile
NA ρ=0.95 λ= 0.1 NA
CA
圖5.2.8 Probit Isobologram of
3-Ethoxyacrylonitrile and 3-Hydroxybenzaldehyde
5.2.2 醛類與丙烯腈類作用機制與混合毒性理論的關係 與3-Dimethylaminoacrylonitrile 之相關係數略低為 0.5 外，其他組之相關係 數幾乎皆趨近於 1，這表示此試驗結果是符合純種生物毒性試驗相關係數 趨近於 1 的假設。而丙烯腈類與醛類在 QSARs 的分類上屬於不同之作用 機制，因此推斷作用位置應不相同，相似係數應該趨近於0，但由表 5.2.3 可以發現，除了產生拮抗作用情況的 Propionaldehyde 與 Methacrylonitrile 的混合以及 3-Hydroxybenzaldehyde 與 3-Ethoxyacrylonitrile 的混合這兩組 之 相 似 係 數 趨 近 於 0 及 3-Hydroxybenzaldehyde 與 3-Dimethylaminoacrylonitrile 混合後相似係數略小於 1 外，剩下五組其相似 係數皆遠大於 1，這表示此結果無法與非交互作用混合毒性理論得到良好