109 高普考高考三級 化學安全 毒理學（含環境毒理） 考古題詳解

核心觀念

本題要掌握工程奈米微粒（engineered nanoparticles, ENPs）的來源、暴露途徑、毒性效應與毒理機制，並能以具體材料串連說明。工程奈米微粒是人為製造、具有奈米尺度特徵的材料；其粒徑通常約為 $1$ 至 $100$ nm。與相同化學組成的較大粒子相比，奈米材料常具有較大的比表面積、較高的表面反應性，以及不同的溶解、聚集與生物分布特性，因此不能只依化學成分推論毒性。

解題方法

按「來源 → 暴露 → 毒性 → 機制 → 例子」作答。先辨認材料如何製造或使用，再說明人體如何接觸；接著描述靶器官與毒性效應，最後用粒徑、表面性質、溶解度與活性氧等因素解釋其機制。這樣能完整回應題幹的四個面向，也能避免把「奈米粒子」一概說成具有相同毒性。

來源

工程奈米微粒來自為特定功能而設計或製造的奈米材料，常見來源包括：

• 碳系材料：碳奈米管、富勒烯、石墨烯等，用於複合材料、導電材料及電子產品。
• 金屬及金屬氧化物：銀、金、二氧化鈦、氧化鋅、二氧化矽等，用於抗菌、化妝品、塗料、催化及電子材料。
• 量子點與複合奈米材料：用於光電、感測、標記及特殊材料製程。
• 製造與加工活動：合成、研磨、混合、噴塗、切割、清潔與廢棄物處理等，都可能使材料逸散成空氣中的粒子或進入液體、粉塵及廢水。

另須區分工程奈米微粒與自然或非刻意產生的超細粒子。例如柴油引擎排放、焊接煙霧與燃燒產生的超細粒子雖也可能具有奈米尺度，卻不是為特定用途而設計製造的工程奈米材料。

暴露途徑

• 吸入：粉體稱量、投料、噴霧、研磨或加工時，粒子可能懸浮於空氣中，進入呼吸道。沉積位置受粒徑、形狀、聚集狀態及呼吸型態影響；部分粒子可沉積於肺泡區。
• 皮膚接觸：製造、使用或清理含奈米材料的產品時，可能接觸粉末、懸浮液或表面殘留物。皮膚完整性、粒子特性及暴露條件會影響其穿透與吸收。
• 攝入：手口接觸、污染食物或飲水，以及吞下由呼吸道黏液清除的粒子，都可能造成消化道暴露。
• 注射或植入：醫療診斷與治療用途可使奈米材料直接進入體內，但應與一般職場暴露分開討論。

實際暴露量不只取決於原始粒徑；粒子在空氣或液體中可能聚集、溶解或改變表面狀態，故暴露評估應同時考慮粒徑分布、表面積、濃度、暴露時間及作業方式。

毒性效應與機制

核心觀念

本題考查化學物質經生物轉化後，如何由前致突變原物質形成具基因毒性的活性代謝物，進而造成 DNA 損傷與基因突變。許多外來化學物質原型的反應性不高，進入體內後經代謝酵素轉化，才形成能與 DNA 作用的物種；這種過程稱為代謝活化，原始化學物質稱為前致突變原物質（promutagen）。

肝臟的細胞色素 P450（cytochrome P450, CYP）常參與第一相代謝，可進行氧化、羥化或環氧化等反應。代謝活化產生的親電子性代謝物，可能與 DNA 上的親核位置形成共價鍵，產生 DNA 加合物（DNA adduct）。若加合物未經 DNA 修復移除，複製時可能造成錯誤配對；錯誤一旦固定在子代 DNA 中，即形成基因突變。

代謝不一定都造成活化：第二相代謝如與穀胱甘肽（GSH）結合，常可促進解毒與排除；化學物質最後造成多少突變，取決於活化、解毒、DNA 修復與細胞複製等因素的平衡。

本題不涉及法條或計算公式。

解題方法

作答時以「原物質 → 代謝酵素 → 活性代謝物 → DNA 損傷 → 複製錯誤 → 突變」為主線，選一種具代表性的前致突變原物質，逐步交代其活化途徑及突變結果。下列以黃麴毒素 B₁ 說明：

例：黃麴毒素 B₁ 的代謝活化

1. 原物質：黃麴毒素 B₁（aflatoxin B₁, AFB₁）進入體內後，經肝臟 CYP 酵素代謝。
2. 活性代謝物：CYP 將 AFB₁ 氧化形成反應性高的 AFB₁-8,9-環氧化物，其中 exo 型代謝物具有重要的 DNA 反應性。
3. 形成 DNA 加合物：環氧化物與 DNA 中鳥嘌呤（guanine, G）的 N7 位置反應，形成 AFB₁-N7-Gua 加合物。加合物可能導致鹼基錯配；若未及時修復，DNA 複製時便可能插入錯誤鹼基。
4. 突變固定：錯誤配對經後續複製固定後，可形成點突變；

核心觀念

本題考查重金屬造成慢性腎臟損傷的途徑，作答須把「來源、腎臟毒性表現、致毒機制」逐一連結。重金屬進入體內後，可因腎臟負責過濾、重吸收與排泄而在腎組織累積；慢性暴露常傷害近端腎小管，也可能引發腎間質纖維化、腎功能下降及高血壓。

可選擇鎘、鉛、汞三種作答。三者的來源與作用機制各有代表性，方便完整說明。題目未要求特定三種，因此以下以這三種常見腎毒性重金屬為例。

解題方法

依序以「暴露來源 → 腎臟毒性 → 作用機制」分析每種金屬，並指出典型受損部位與病理變化。作答時須區分重金屬直接造成的腎小管傷害，與腎功能受損後引發或加重的高血壓等後續影響。

三種重金屬

一、鎘（cadmium, Cd）

來源：​鎘存在於鋅、鉛等金屬礦石中，採礦、冶煉、電池製造與回收、電鍍及顏料工業均可能造成職業或環境暴露。一般族群可經吸菸、受污染食物及飲水攝入；植物性食物可能因土壤受污染而含鎘。

毒性：​鎘具有長期蓄積性，慢性暴露的主要靶器官之一是腎臟。典型傷害為近端腎小管功能障礙，造成低分子量蛋白尿、糖尿、胺基酸尿、磷酸鹽流失及多尿；持續暴露可進一步形成腎小管間質病變、纖維化及腎功能下降。

機制：​鎘進入血液後可誘導肝臟產生金屬硫蛋白（metallothionein, MT），形成鎘－金屬硫蛋白複合物。複合物經腎絲球過濾後，會被近端腎小管細胞攝取及分解，釋出的鎘逐漸在細胞內累積。當細胞內的結合與解毒能力不足，鎘會干擾含硫基蛋白與細胞功能，增加氧化壓力、傷害粒線體及細胞膜，導致近端腎小管重吸收功能受損。

二、鉛（lead, Pb）

來源：​主要來源包括鉛礦開採與冶煉、蓄電池製造及回收、金屬加工、含鉛塗料或粉塵，以及受鉛污染的土壤與飲水。職業暴露可經吸入粉塵或煙霧；一般族群也可能因攝入受污染的灰塵、土壤或飲水而暴露。骨骼是鉛的重要儲存庫，可長期釋出鉛。

毒性：​長期或反覆暴露可造成慢性鉛腎病，常見病理表現為近端腎小管傷害與慢性腎間質腎炎，伴隨腎小管功能下降、腎小球過濾率降低及高血壓。腎功能衰退也會減少鉛的排出，增加體內負荷。

核心觀念

本題考查國際癌症研究機構（IARC，常譯「國際癌症研究總署」）對可能致癌因子的證據分類。IARC 依據人體研究、實驗動物研究及致癌機制等證據，評估某種物質、混合物、暴露情境或其他因子是否具有使人致癌的危害性。

分類表示「致癌危害證據的強弱」，不代表某一暴露量下個人罹癌的機率，也不是安全標準。分組編號不是風險高低或致癌效力的排名；同一組中的物質，其作用途徑、效力及實際暴露量也可能不同。

解題方法

作答時先說明 IARC 評估的是什麼，再按 Group 1、Group 2A、Group 2B、Group 3 條列各組名稱、判斷意義與例子。判斷依據應提及三類證據：

1. 人體致癌證據：主要來自流行病學研究。
2. 實驗動物致癌證據：主要來自適當設計的致癌性試驗。
3. 致癌機制證據：例如暴露因子是否呈現人類致癌物的關鍵特性。

各類證據會依充分、有限或不足等程度整體評估，據以作成分類；不是只要在人或動物中出現一項陽性結果，就直接套用固定組別。

IARC 致癌物分類及例子