生態毒理模式

在水域生態系統中，毒理模式已被廣泛的應用，這些模式可用來描述毒性物 質如何進入到生物體內，以及對生物體產生之不利效應，其中包含了生物累積模 式(Bioaccumulation model)及急性毒模式(Acute toxicity model)。生物累積模式考 慮了水體中之毒性物質經過吸收(Uptake)、分佈(Distribution)、代謝(Metabolism) 與排除(Excretion)等進入到生物體的機制。急性毒模式則延伸了生物累積模式，

用來描述生物體暴露於毒性物質下之毒性作用模態，探討外部毒性物質造成體內 半致死之關係。

3.2.1 生物累積模式

水域生物之生物累積是指生物從周遭的水體中或攝食等途徑吸收化學物質 至生物體內之過程，並對此化學物質產生累積於體內之現象，為了描述該現象，

Moriarty (1975)提出環境中的汙染物可由吸收與排除動力學加以論述，並以單一 區塊與雙區塊系統描繪生物體各處之化學物質累積情形。

區塊之定義為將生物體視為一獨立系統，利用簡化的數學模式描述標的化學 物質在生物體內的行為與動態，但不考慮生理或生物構造上所造成之差異，其基 本假設為(1)當化學物質進入一區塊時，會迅速且均勻的分布在區塊中，及(2)區 塊內各組織化學物質的濃度與化學物質含量成正比，亦即任意組織內化學濃度改 變時，其餘組織化學濃度也會同時改變(Barron 等，1990)。

Tas 等(1991)提出一階單區塊模式(First–order one–compartment model)，此 模式提出後被廣泛的應用於水域生態毒理，用以求得魚體體內重金屬濃度與暴露

時間之關係(Tas 等，1996；Lin 與 Liao，1999；Barber，2003；Arnot 與 Gobas，

2006；Ashauer 等，2006)。其方程式可表示如下：

2 ,

3.2.2 急性毒模式

急性毒模式為描述生物體暴露於毒性物質下之毒性作用模態，可將外部毒性 物質透過此模式來推估在實驗室內無法直接量測出來的體內半致死濃度(Internal median lethal concentration, CL50)，其主要三種急性毒理動態模式如下：

關鍵體內濃度(Critical body residue, CBR)：此模式由 McCarty 與 Mackay (1993)提出，利用整個魚體概念，以可逆的觀點去探討魚體本身所能承受的重金 屬程度，當魚體發生死亡時，其體內重金屬之濃度稱之為關鍵體內濃度，在不考 慮暴露的濃度、條件以及時間下，當體內的濃度累積到一定的門檻值，將造成魚 隻的死亡，而此濃度於該模式下假設為一常數。

方程式[3.2]為一階單區塊生物濃縮模式，考慮在未暴露重金屬前，其體內沒 有重金屬殘留情形下(Cf (t = 0) = 0)，欲評估水域環境中及魚體內重金屬造成魚隻 致死一半之濃度，可將式中之Cf視為內部半致死濃度(CL50) (μg g^–1)，Cw視為外 部半致死濃度(External lethal concentration, LC50) (μg mL^–1)，經重新整理後，可 得到時變之外部半致死濃度和內部半致死濃度的關係式：

2

LC50( ) CL50

BCF(1 ^{k t})

t = e⁻

− [3.3]

在內部半致死濃度(CL50)不變下，當時間趨近於無限大時，方程式[3.3]可改寫為：

( )

50

CL = ∞ [3.4]

式中LC50(∞)為時間無限大之外部半致死濃度(Incipient LC50 value) (μg mL^–1)。由 此模式可得知，考慮內部半致死濃度不變下，暴露濃度、條件以及時間與死亡無 關。而該模式也於水蚤(Daphnia magna)、孔雀魚(Poecilia reticulata)、靜水椎實 螺(Lymnaea stagnalis)以及吳郭魚(Oreochromis mossambicus)等水生物種加以驗

證與應用(Ramos等，1998；Liao等，2004)。

關鍵濃度曲線面積(Critical area under the curve, CAUC)：此模式由 Legierse 等(1993)提出，利用受體和基質之間不可逆之關係，來解釋當毒性物質進入生物

將方程式[3.6]中之Cw視為LC50(t)，經重新整理該式後可得到時變的外部半致死 濃度(LC50(t))：

式中之 LC50(t)雖可藉由此模式加以推求出，但考慮時間趨近於無限大時 LC50 會收斂於一定值，可將此方程式加以修正如下：

延伸時，亦可推求出時間無限大之外部半致死濃度(LC50(∞))。若將CL50 與LC50 化關係。Liao 與 Lin(2001)及 Liao 等(2005)也建議該模式可應用在水域生物暴露 於重金屬之毒性描述。

損害評估模式(Damage assessment model, DAM)：DAM 由 Lee 等(2002)提 出，利用生物體內毒性物質累積及損害程度與時間之關係，考慮毒性物質於標的

2 LC50(t)於此模式中稱為以DL50 為基礎的時變外部半致死濃度。

若將方程式[3.2]式代入[3.12]式中，以CL50(t)取代Cf(t)及LC50(t)還原為Cw，經重 新整理過後，可得以DL50 為基礎的時變內部半致死濃度(CL50(t))：

(

f