第一章 緒論
1-1 研究緣起與目的
為確保土壤及地下水資源的永續利用，世界各國大都訂有土壤重金屬 的濃度標準。根據我國環保署 (2008)土壤及地下水整治網站可知，全國 目前共有 738 個污染控制場址，20 個污染整治場址，其中以受重金屬污 染場址最多。近年來，我國與歐美先進國家也相繼提出受污染場址的健 康風險評估，且於初評辦法第六與第七條中，提及污染行為人及土地關 係人得以健康風險評估結果作為列管依據 (黃，2006; 楊等，2006； 行 政院環保署，2006)，我國已由污染調查邁入風險評估與污染控制整治。
但是進行健康風險評估時，並未訂定生物有效性 (bioavailability)評估方 法，而以保守情境 (conservative scenario)推估致癌與非致癌風險，即假設 經由食入暴露，土壤中所含重金屬100 %進入血液將導致高估風險而提高 復育成本 (環保署，2006; Jahasz et al., 2007; Bruce et al., 2007)。
美國環保署(U.S. Environmental Protection Agency, USEPA)在訂定超 級基金場址 (Superfund site)整治標準時，允許考量生物有效性，美國環 保署第 VIII 區與 Exponent 公司組成 Solubility/Bioavailability Research Consortium (SBRC)，針對 As 及 Pb 受污場址，以生物有效性訂定較寬鬆 的整治目標，減少復育成本。
所謂生物有效性是毒理學的重要觀念，常應用於生物體內試驗 (in vivo test)，指用來評估具包封度 (如土壤、礦渣等)中各種毒性污染物 (如 As, Pb 等)，經由食入、吸入等不同暴露途徑，於一定時間後，進入血液 循環系統之劑量與暴露劑量的比例，此為絕對生物有效性係數 (absolute bioavailability factor, ABF)，另一個名詞為相對生物有效係數 (relative bioavailability factor, RBF)，為待測樣品與標準樣品之 ABF 比值 (Kelly et al., 2002; 張，2006)。若使用動物實驗評估生物有效性，不僅操作程序複
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雜且昂貴費時，美國乃於1992 年開始研發模擬人體胃腸環境體外試驗 (in vitro test)方法，針對 As, Pb 等重金屬進行系統測試 (Ruby et al., 1999)，
評估以生物有效性作為風險評估之依據。
本研究參考本研究群前期研究 (張，2005)所建立之一套胃腸體外試 驗設備與方法，以及美國環保署第 VIII 區生物有效性兩階段 PBET (physiologically based extraction test)體外試驗方法 (Ruby et al.; 1996)，第 一階段模擬胃消化環境 (pH 1.8)，第二階段模擬小腸環境 (pH 7.0)。生物 有效性體外試驗研究至今已超過 10 年，雖然試驗參數與程序已漸趨一 致，但仍有需要釐清之問題如：是否應控制胃腸蠕動情況? 是否應控制 液固比? 以及縮短腸相反應時間是否可行? 萃取液前處理僅使用離心是 否可行?等問題，此為本研究目的之一。
再者，綜觀不同體外試驗研究發現，文獻中普遍未使用標準參考物質 (standard reference material, SRM)建立系統品管基準 (QC criteria)，以致於 無法評比不同體外試驗之萃取效率，因此建立系統品管基準為本研究目 的之二。最後統整體外試驗結果與系統品管基準，嘗試研擬我國生物有 效性體外試驗標準操作方法，特別著重設備與程序之簡化，為本研究目 的之三。
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1-2 研究內容與架構
本研究之整體架構與流程如 Figure 1-1 所示，主要分為三部分：文獻 收集與評析、參數試驗與體外試驗標準方法之研擬。本研究於參數試驗 上，使用砷酸鈉 (Na2HAsO4．7H2O)以及美國 NIST 2710 土壤作為標準參 考樣品，詳細如下說明：
1. 在文獻收集與評析方面：
收集有關於生物有效性體外試驗之文獻，首先定義生物有效性與生物 可即性，評析並初步簡化生物有效性體外試驗參數與程序，且評比文獻 中生物有效性體內試驗與體外試驗之相關性。
2. 在參數試驗方面：
為探討生物有效性體外試驗各參數對生物有效性以及總砷濃度之影 響，本研究進行Phase I-V 試驗，分項說明如下：
(1) Phase I 與 Phase II 為探討試驗參數對生物有效性之影響。Phase I 為 不同蠕動強度試驗，G 值分別為 0、470、1006 sec-1，以磁力攪拌方 式模擬胃腸蠕動情況。Phase II 為不同液固比試驗，分別為 200:1、
1000:1、5000:1 mL/gm。
(2) Phase III 與 IV 為探討試驗參數對總砷濃度之影響。Phase III 為小腸 相萃取時間試驗，將萃取時間延長為11 小時。Phase IV 為萃取液前 處理方式，分成離心再過濾與僅離心二種前處理方式。
(3) Phase V 為利用 Phase I 與 Phase II 之試驗結果，建立系統品管基準，
本研究建立試劑空白管制、重複樣品管制、砷酸鈉以及介質標準管制 樣品等四種品管基準。
3. 在體外試驗標準操作方法之研擬方面：
根據參數試驗結果 (Phase I - Phase IV)與系統品管基準建立 (Phase V)，簡化試驗方法並研擬我國生物有效性體外試驗標準操作方法。
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Figure 1-1 本研究生物有效性體外研究架構流程圖
參數試驗結果與方法研擬
Phase I :蠕動強度試驗 (G 值=0、470、1006 sec-1)
Phase II :液固比試驗 (200、1000、5000 mL/gm)
Phase III :小腸相萃取時間 ( 11 小時小腸相萃取 )
Phase IV :萃取液前處理方式 (離心再過濾&離心 ) Phase V :建立系統品管基準
空白管制、SRM 管制與介質管制
簡化生物有效性體外試驗方法 文獻收集與評析
生物有效性與生物可及性定義 探討生物有效性體外試驗參數與程序 評比文獻中體內與體外試驗關係
研擬我國生物有效性體外試驗標準操作方法
文獻探討
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1-3 研究限制
綜觀過去使用體外試驗進行生物有效性研究中，大多數文獻皆採集環 境中土壤樣品，且Ruby et al. (1999)與 Wragg et al. (2002)研究中提及，影 響生物有效性之因素有土壤中物化特性，因此文獻中不僅針對實際土壤 樣品進行體外試驗外，也分析土壤中物化特性，而相較於本研究僅使用 標準土壤 NIST 2710 無干擾因素存在，僅用以進行體外試驗探討各參數 對生物有效性之影響，未進行實際土壤樣品之試驗，故無法得知土壤中 其他重金屬物質與其物化特性是否會干擾待測物質砷之測定結果，此為 本研究限制之一。
此外，綜觀過去進行生物有效性體外試驗研究，有專家學者針對受污 土壤，除了進行體外試驗研究外，且為了驗證能以體外試驗結果預測體 內動物試驗，也同時進行體內試驗，分析體內與體外試驗之相關性。而 本研究僅進行體外試驗來探討不同參數試驗對生物有效性之影響，此為 本研究限制之二。
6 物有效性 (bioavailability)為毒理學的重要觀念，是指具有包封度介質 (如 土壤、礦渣等)中目標污染物 (如砷)，經特定暴露途徑 (如食入、吸入等) 為生物體分布、吸收、代謝之模式於一定時間後，目標污染物進入血液 循環系統的劑量與總暴露量之百分比 (Klasssen, 2001; 張，2005)。
生物有效性可分為兩部分說明與計算，分別為絕對生物有效性係數 (absolute bioavailability factor, ABF) 與 相 對 生 物 有 效 係 數 (relative bioavailability factor, RBF)，所謂絕對生物有效係數是指污染物進入血液 的劑量與暴露劑量的百分比，如公式(1)所示 (Klasssen, 2001; Kelly et al., 2002；江等，2006)。