111 年 國立臺灣大學毒理學研究所《毒理學概論》

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第 一、是非題 1 題

電子煙不含尼古丁,所以不會上癮。

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核心觀念:電子煙的成分與成癮性。
詳解:電子煙的煙油中通常含有尼古丁,尼古丁是一種高度成癮性的物質。

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第 一、是非題 2 題

藥物中毒只有服用過量藥物時會發生。

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核心觀念:藥物中毒的多樣性。
詳解:藥物中毒(Drug Intoxication)的發生不只侷限於服用過量藥物。藥物中毒的定義是指藥物對生物體產生不良影響,這些影響可能源於多種原因,包括:

  1. 過量服用 (Overdose):這是最常見的原因,攝入的劑量超過了身體的安全或治療範圍。
  2. 藥物交互作用 (Drug Interaction):同時服用多種藥物時,藥物之間可能發生交互作用,增強或減弱彼此的藥效,或產生意想不到的毒性反應。
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第 一、是非題 3 題

在毒理學中常用LD50來描述毒化物的毒性,LD50 數值越高,毒性越強。

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核心觀念:LD50 的定義與毒性強弱的關係。
詳解:LD50(Lethal Dose 50%)是指在實驗動物群體中,造成 50% 個體死亡的化合物劑量。LD50 是衡量物質急性毒性的一個指標。

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第 一、是非題 4 題

痛痛病是因食用含砷量過高的稻米所引起。

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核心觀念:痛痛病的病因。
詳解:痛痛病(Itai-itai disease)是一種由於長期攝入過量鎘(Cadmium, Cd)所引起的疾

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第 一、是非題 5 題

中藥較溫和,所以不會有副作用。

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核心觀念:中藥的安全性與副作用。
詳解:中藥雖然常被認為「溫和」,但這並不意味著它們沒有副作用。中藥的安全性受多種因素影響,包括:

  1. 藥物本身毒性:許多中藥材本身就含有一定的毒性成分,如附子、川烏、馬兜鈴等,若使用不當或劑量過大,可能引起嚴重的副作用。
  2. 炮製不當:中藥材的炮製過程(如炒、煮、蒸、煨等)對其毒性、療效有重要影響。炮製不當可能無法去除毒性或改變藥性,反而增加風險。
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第 一、是非題 6 題

活性碳口罩可有效阻隔PM2.5細懸浮微粒。

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核心觀念:口罩的過濾原理與 PM2.5 的阻隔能力。
詳解:活性碳口罩的主要功能是吸附異味和部分化學氣體,但其對 PM2.5 細懸浮微粒的過濾效果通常不如專業的防護口罩(如 N95 或醫用外科口罩)。

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第 二、選擇題 1 題

毒理學探討毒化物在生物體內的不良作用(Adverse effects),請問毒化物可經由下列哪些途徑進入人體?(1)呼吸道 (2)腸胃道 (3)口腔黏膜 (4)皮膚 (5)以上皆是。

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核心觀念:毒化物進入人體的途徑。
詳解:毒化物進入人體的途徑有多種,常見的包括:

  1. 呼吸道 (Respiratory tract):吸入含有毒性物質的空氣、粉塵、氣體或蒸氣。
  2. 腸胃道 (Gastrointestinal tract):經口攝入受污染的食物、飲水,或吞食了接觸到的有毒物質。
  3. 皮膚 (Skin):皮膚接觸到腐蝕性、刺激性或可經皮吸收的毒性物質。
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第 二、選擇題 2 題

兒童要避免使用含鉛的玩具和顏料,因為血鉛過高會造成下列何種危害? (1) 貧血 (2)智力損傷 (3)行為異常 (4)學習障礙 (5)以上皆是。

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核心觀念:鉛中毒對兒童的危害。
詳解:鉛是一種對神經系統具有高度毒性的重金屬,尤其對發育中的兒童危害極大。兒童時期是鉛暴露影響神經系統發育的關鍵階段。血鉛過高會導致:

  1. 智力損傷 (Intellectual impairment):鉛會損害大腦發育,影響認知功能、記憶力、學習能力。
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第 二、選擇題 3 題

下列有關不良反應的敘述何者為非?(1)生物體的個別基因差異會影響藥物不良反應的嚴重程度(2)季節性流感使用抗生素治療會加速痊癒(3)藥物過敏和服用的劑量不一定有關(4)不良反應不一定會在服藥後立即發生,可以過二、三十年後才發生(5)普拿 अभियांत्रिकी服用過量會造成肝衰竭。

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核心觀念:藥物不良反應的特性。
詳解:
(1) 基因差異與不良反應:基因多樣性確實會影響個體對藥物的反應,包括藥物代謝酶的活性、藥物靶點的敏感性等,從而影響不良反應的嚴重程度。此敘述正確。
(2) 季節性流感與抗生素:季節性流感是由病毒引起的,而抗生素是治療細菌感染的藥物,對病毒無效。因此,使用抗生素治療流感不僅不能加速痊癒,還可能延誤病情,並增加抗生素抗藥性的風險。此敘述為非。

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第 二、選擇題 4 題

環境污染物常以ppm, ppb或ppt為單位,請問ppm代表(1) 10−310^{-3} (2) 10−610^{-6} (3) 10−910^{-9} (4) 10−1210^{-12} (5)以上皆非。

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核心觀念:濃度單位的表示法。
詳解:ppm、ppb、ppt 是常用的濃度表示單位,分別代表:

  • ppm (parts per million):百萬分之一。表示百萬份中的份數。通常相當於 10−610^{-6}。
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第 二、選擇題 5 題

進行毒性物質之劑量-效應評估(dose-response assessment)時,下列何者會影響所觀測到之毒性反應大小:(1)生物體種類 (2)接觸劑量 (3)接觸途徑 (4)接觸時間 (5)以上皆是。

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核心觀念:影響毒性反應的因素。
詳解:劑量-效應評估(Dose-Response Assessment)是毒理學風險評估的重要步驟,旨在了解毒性物質的劑量與其引發的不良反應之間的關係。影響這種關係的因素非常多,包括:

  1. 生物體種類 (Species of organism):不同種類的生物對同一毒性物質的敏感性可能差異很大。
  2. 接觸劑量 (Dose of exposure):劑量是決定毒性反應大小的最直接因素,通常劑量越高,反應越強烈(在一定範圍內)。
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第 二、選擇題 6 題

下列哪個敘述符合LOAEL值的定義?(1)未觀察到明顯不良反應之最高劑量(2)觀察到不良反應的最低劑量(3)造成百分之五十之試驗動物中毒的劑量(4)對百分之九十九的試驗動物有療效的最低劑量(5)未觀察到明顯不良反應之最低劑量。

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核心觀念:LOAEL 的定義。
詳解:LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level) 是指在實驗研究中,觀察到該物質產生不良反應的最低劑量。

  • 選項 (1) 是 NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) 的定義。
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第 二、選擇題 7 題

2008年於中國發生的”毒奶粉”事件,是因奶粉製造商為了提高奶粉內的含氮量以通過檢測,在奶粉內加入(1)塑化劑 (2)瘦肉精 (3)三聚氰胺 (4)亞硝酸鹽 (5)尿素氮,造成數十萬嬰兒出現泌尿系統疾病。

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核心觀念:毒奶粉事件的添加物。
詳解:2008年中國毒奶粉事件中,為了提高蛋白質檢測含量(蛋白質含量常通過檢測氮含量來估算),不法廠商在嬰幼兒奶粉中非法添加了三聚氰胺 (Melamine)。三聚氰胺本身毒性較低,但其代謝產物與鈣離子結合,容易在腎臟形成結石,導致嬰幼兒出現腎臟結石、腎功能衰竭等泌尿系統疾病。

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第 二、選擇題 8 題

下列何者不屬於生物性的致癌物質(Carcinogenic Agents) (1)黃麴毒素(Aflatoxins) (2)胃幽門桿菌 H. pylori (3) B型肝炎病毒(HBV) (4)第四型人類皰疹病毒(EBV)。

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核心觀念:致癌物質的分類(生物性、化學性、物理性)。
詳解:致癌物質(Carcinogens)是指能引起癌症發生的物質。它們可以根據來源分為生物性、化學性和物理性致癌物。

  • 生物性致癌物:主要指病原體,如病毒、細菌、寄生蟲等,它們通過引起慢性炎症、干擾細胞生長調控或直接整合到宿主基因組等方式致癌。
  • 化學性致癌物:如多環芳香烴、亞硝胺、黃麴毒素等,它們通常是化學分子,可直接或經代謝活化後損傷 DNA。
  • 物理性致癌物:如電離輻射(X射線、γ射線)、紫外線、石綿等,它們通過物理能量或結構損傷 DNA。
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第 二、選擇題 9 題

下列何者不屬於物理性的致癌物質(Carcinogenic Agents) (1)石綿(Asbestos) (2) HBV (3)X-ray (4)UV。

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核心觀念:物理性致癌物質的識別。
詳解:物理性致癌物質是指那些通過物理方式(如電離輻射、紫外線、機械損傷等)引起細胞損傷和 DNA 突變,進而導致癌症的物質或能量。
(1) 石綿 (Asbestos):石綿纖維具有物理性刺激和致癌性,被歸類為物理性致癌物(或稱纖維性致癌物)。

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第 二、選擇題 10 題

下列何者不屬於化學性的致癌物質(Carcinogenic Agents) (1)雌二醇(Estradiol) (2)石綿(Asbestos) (3)砷(Arsenic) (4)黃麴毒素(Aflatoxins)。

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核心觀念:化學性致癌物質的識別。
詳解:化學性致癌物質是指那些通過化學結構或代謝活化後,對 DNA 造成損傷而致癌的化學物質。
(1) 雌二醇 (Estradiol):雌二醇是主要的雌激素之一,長期高劑量暴露與某些激素依賴性癌症(如乳腺癌、子宮內膜癌)的發生有關。它通過影響細胞增殖和 DNA 修復等途徑致癌,屬於化學性致癌物(內源性或外源性激素)。

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第 二、選擇題 11 題

當細胞中發生以下何種情況會導致突變機率增加? (A) DNA damage > DNA repair (B) DNA damage = DNA repair (C) DNA damage < DNA repair.

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核心觀念:DNA損傷與修復的平衡在細胞突變中的作用。
詳解:細胞內存在著複雜的 DNA 修復機制,以維持基因組的穩定性。

  • DNA damage = DNA repair:如果 DNA 損傷的速率等於或小於 DNA 修復的速率,細胞的基因組就可以維持穩定,突變的機率不高。
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第 二、選擇題 12 題

國內肺腺癌患者的表皮細胞生長因子受器(EGFR)具有相當高比例的突變,發生在第858位置的白胺酸(Leucine)突變為精氨酸(Arginine)後會造成EGFR 過度激活導致細胞癌化,請問突變後的EGFR屬於(1) Oncogene (2) Proto-oncogene (3) Tumor suppressor。

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核心觀念:致癌基因 (Oncogene) 與原癌基因 (Proto-oncogene) 的區別。
詳解:

  • 原癌基因 (Proto-oncogene):這是正常的基因,在細胞生長、分化和增殖中起正常作用。它們的調控機制非常嚴謹,確保細胞的正常生長。
  • 致癌基因 (Oncogene):當原癌基因發生突變(如點突變、基因擴增、染色體易位等)時,就變成了致癌基因。這些突變會導致原癌基因的過度表達或產生異常結構的蛋白質,從而驅動細胞失控性增殖,最終導致癌症。
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第 二、選擇題 13 題

基因毒性試驗是快速評估新興化學物質是否對人類具有潛在致癌風險的方法,請問其所偵測類型不包含下列何者? (1) DNA damage (2) DNA repair (3) mutation (4) micronucleus (5) acute toxicity。

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核心觀念:基因毒性試驗的範疇。
詳解:基因毒性試驗(Genotoxicity assay)旨在評估化學物質是否會損傷遺傳物質(DNA),從而可能導致突變、染色體畸變,進而增加癌症風險。常見的基因毒性指標包括:

  1. DNA damage:直接測量 DNA 鏈斷裂、鹼基損傷等。
  2. Mutation:評估基因序列的改變,例如 Ames test。
  3. Micronucleus formation:通過觀察細胞核內出現的微小細胞核,間接反映染色體斷裂或染色體分離異常。
  4. Chromosome aberrations:觀察染色體的結構或數目的異常。
  5. Unscheduled DNA Synthesis (UDS):用於評估 DNA 修復合成,也是一種基因損傷的指標。

選項 (2) DNA repair:雖然 DNA 修復機制是保護基因組的關鍵,但基因毒性試驗主要關注的是「損傷」本身或其「後果」(如突變、染色體異常),而不是修復過程。

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第 二、選擇題 14 題

Ames test 以測試沙門氏桿菌 histidine 代謝酵素的突變率來進行基因毒性評估,請問關於所量測的突變以下描述何者正確?(A)測量的是化學物質誘導野生型(wildtype)變異為突變型(mutant)的菌株數量(B)測量的是化學物質誘導突變型(mutant)變異為野生型(wildtype)的菌株數量。

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核心觀念:Ames Test 的原理與測量對象。
詳解:Ames Test(Ames 試驗)是一種常用的微生物學檢測方法,用於評估化學物質的誘變潛力。該試驗使用一種或多種經過基因改造的沙門氏桿菌(Salmonella typhimurium)菌株,這些菌株在合成組胺酸(histidine)的基因上存在突變,使其無法自行合成組胺酸,必須在含有組胺酸的培養基中才能生長。
實驗原理如下:

  1. 將待測化學物質與這些突變型的沙門氏桿菌菌株共同培養。
  2. 如果該化學物質具有誘變性,它會引起細菌 DNA 的突變。
  3. 在適當的培養基(通常不含組胺酸,或僅含少量)上培養後,如果化學物質引起了基因突變,那麼一些原本無法合成組胺酸的突變型菌株(mutant)就有可能通過突變,使其合成組胺酸的功能恢復正常(變回野生型 wildtype 的能力)。
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第 三、問答題 1 題6 分

國人有高比例的乙醛去氫酶(aldehyde dehydrogenase/ALDH)多型性,帶有ALDH22.基因型者,體內的ALDH2 酵素活性低下,無法代謝乙醛。試評估具有ALDH22 基因型者過量飲酒所帶來的風險。(6分)

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核心觀念:乙醛去氫酶(ALDH2)基因多型性與酒精代謝及健康風險。

詳解:

  1. 酒精代謝過程與乙醛的生成:
    酒精(乙醇,ethanol)在體內主要通過兩種酶進行代謝。首先,乙醇在醇脫氫酶(Alcohol Dehydrogenase, ADH)的作用下,被氧化為乙醛(acetaldehyde)。乙醛是一種具有毒性的物質,會引起臉紅、心悸、噁心、頭痛等不適反應,並且是潛在的致癌物(IARC 列為 Group 1 致癌物)。接著,乙醛在乙醛去氫酶(Aldehyde Dehydrogenase, ALDH)的作用下,被進一步代謝為無毒的乙酸(acetic acid),乙酸最終被分解為二氧化碳和水。

  2. ALDH2*2 基因型與乙醛代謝缺陷:
    ALDH2 基因存在多種多態性,其中 ALDH22 等位基因是常見的「失活突變」或「活性降低突變」。攜帶 ALDH22 基因型(通常是雜合子 ALDH21/ALDH22 或純合子 ALDH22/ALDH22)的個體,其體內的 ALDH2 酵素活性顯著降低,甚至低下。這意味著他們無法有效地將乙醛代謝為乙酸。

  3. ALDH2*2 基因型者過量飲酒的風險評估:
    對於具有 ALDH2*2 基因型且過量飲酒的人來說,其風險主要體現在以下幾個方面:

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第 三、問答題 2 題5 分

亞硝酸鹽在國際癌症研究機構分類中被歸為2A類(對人類很可能有致癌性),但為什麼香腸、臘肉等肉製品常需添加亞硝酸鹽?試分析其利害得失?(5分)

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核心觀念:亞硝酸鹽在食品加工中的作用及其與致癌性的權衡。

詳解:
亞硝酸鹽(Nitrite, e.g., sodium nitrite, NaNO2)在肉製品加工中具有多重重要作用,儘管它被國際癌症研究機構(IARC)列為 2A 類致癌物(對人類很可能有致癌性)。其利弊分析如下:

「利」 (Pros / Benefits):

  1. 抑制肉毒桿菌生長 (Inhibition of Clostridium botulinum):這是亞硝酸鹽最重要的作用。肉毒桿菌是一種厭氧菌,其產生的肉毒桿素(botulinum toxin)是劇毒物質,可導致嚴重的食物中毒,甚至死亡。亞硝酸鹽在肉製品的加工條件下(低 pH、低氧環境)能有效抑制肉毒桿菌的生長和毒素的產生,極大提高了肉製品的安全性。
  2. 維持肉製品的粉紅色澤 (Color fixation):亞硝酸鹽能與肉類中的肌紅蛋白(myoglobin)反應,形成穩定的亞硝基肌紅蛋白(nitrosylmyoglobin),產生誘人的粉紅色澤,使加工肉製品(如火腿、香腸)看起來新鮮誘人。
  3. 提供獨特的風味 (Flavor development):亞硝酸鹽參與肉製品的熟成過程,與肉類中的成分反應,產生獨特的風味和香氣,這是許多消費者喜愛的。
  4. 抗氧化作用 (Antioxidant effect):亞硝酸鹽及其代謝產物具有一定的抗氧化能力,有助於防止肉製品脂肪氧化,延長保質期。

「弊」 (Cons / Risks):

  1. 致癌性風險 (Carcinogenicity risk):
    • 亞硝胺的形成:在肉製品的烹調(尤其是高溫加熱,如煎、炸、烤)或人體胃部酸性環境中,亞硝酸鹽可以與肉類中的仲胺或胺類物質反
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第 三、問答題 3 題3 分

請說明什麼是新興精神活性物質(或俗稱:新興毒品)(3分)。

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核心觀念:新興精神活性物質 (NPS) 的定義。

詳解:
新興精神活性物質(New Psychoactive Substances, NPS),俗稱「新興毒品」或「設計毒品」,是指那些在法律管制之外,通過化學合成或從天然植物中提取,並模擬傳統非法藥物的精神活性作用(如興奮、抑制、迷幻等)的一類物質。

其主要特徵包括:

  1. 模仿傳統毒品:它們通常被設計用來模仿或增強傳統非法藥物(如大麻、搖頭丸、古柯鹼、海洛因等)的效果,但結構上有所改變。
  2. 規避法律管制:由於結構上的微小改變,使得它們在最初出現時,往往不在現有的毒品管制名單中,從而逃避法律的制裁。
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第 三、問答題 4 題2 分

請說明新興精神活性物質的有多少種分類?(2分);分類依據為何?(3分)

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核心觀念:新興精神活性物質 (NPS) 的分類方法與依據。

詳解:
新興精神活性物質 (NPS) 的種類繁多且不斷更新,因此其分類方式也多樣。常見的分類方式及其依據如下:

1. 按化學結構分類 (Classification by Chemical Structure)

  • 分類方式:這是目前最普遍、最科學的分類方法。將 NPS 根據其核心化學骨架或結構特徵進行劃分。
  • 依據:結構相似性。通過比較 NPS 分子結構與已知藥物或毒物的結構關係,歸類到相應的化學類別。
  • 常見類別範例:
    • 合成大麻素 (Synthetic cannabinoids):結構上模仿四氫大麻酚(THC),但通常是作用於大麻素受體 (CB1, CB2) 的強效激動劑。例如:JWH 系列、AM 系列、UR-144、AB-PINACA 等。
    • 合成卡西酮 (Synthetic cathinones):結構上模仿卡西酮(cathinone),通常具有興奮作用。例如:甲氧基甲基苯丙酮 (MDPV)、α-PVP、4-甲基苯丙酮 (4-MMC, Mephedrone) 等。
    • 苯乙胺衍生物 (Phenethylamines):結構上模仿苯乙胺,具有多種精神活性,包括興奮、迷幻等。例如:2C-x 系列、NBOMe 系列。
    • 哌嗪類 (Piperazines):結構上模仿哌嗪,常具有興奮或迷幻作用。例如:BZP, TFMPP。
    • 鴉片類衍生物 (Opioid analogues):結構上模仿鴉片類藥物,具有鎮痛作用。例如:Fentanyl 衍生物(如acetylfentanyl, carfentanil)。
    • 類固醇類 (Steroids):結構上模仿類固醇激素。
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第 三、問答題 5 題8 分

同上,請說明其確認檢驗的實驗方法與造成判讀困難的原因為何?(8分)

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核心觀念:新興精神活性物質 (NPS) 的檢測方法及其面臨的挑戰。

詳解:
確認檢驗新興精神活性物質 (NPS) 的實驗方法及其判讀困難的原因,主要可以從以下幾個方面來闡述:

一、確認檢驗的實驗方法 (Experimental Methods for Confirmation Testing)

確認檢驗 NPS 的目標是準確地鑑定出物質的化學結構。常用的實驗室方法主要包括:

  1. 氣相層析質譜儀 (Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS)

    • 原理:GC 將複雜的混合物分離成單一組分,MS 則對每個組分進行質荷比分析,生成獨特的質譜圖(fingerprint)。
    • 應用:非常適合分析揮發性或經過衍生化處理後變得揮發的 NPS,如合成卡西酮、苯乙胺類等。通過與資料庫比對質譜圖,可以識別已知物質。
    • 優點:靈敏度高,特異性強,是法醫毒物學的黃金標準之一。
    • 局限性:對於非揮發性或熱不穩定物質效果較差;需要對照資料庫。
  2. 液相層析質譜儀 (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS)

    • 原理:LC 將混合物分離,MS 檢測。LC-MS 適用於分析不適合 GC 的樣品(如極性大、分子量大、熱不穩定的 NPS)。
    • 應用:非常適合檢測合成大麻素、某些新型藥物和其代謝物。
    • 優點:適用範圍廣,可分析多種 NPS;可聯用高分辨質譜 (HRMS) 獲取精確質量數,輔助結構鑑定。
  3. 串聯質譜儀 (Tandem Mass Spectrometry, MS/MS)

    • 原理:在 LC-MS 或 GC-MS 的基礎上,對選定的離子進行進一步的碎片化和質譜分析,提供更詳細的結構信息。
    • 應用:提高鑑定的準確性和靈敏度,尤其是在複雜樣品基質中(如生物樣本)。
  4. 傅立葉轉換紅外光譜儀 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)

    • 原理:通過分析物質對紅外光的吸收光譜,獲得分子的振動信息,從而推斷其官能團和結構。
    • 應用:主要用於純物質的鑑定,通常作為 GC-MS 或 LC-MS 的補充手段。
    • 優點:提供官能團信息,對已知物質鑑定較快。
    • 局限性:靈敏度相對較低,對混合物分析能力有限。
  5. 核磁共振波譜儀 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)

    • 原理:利用原子核在磁場中的能級差異來分析分子的結構,提供詳細的原子連接信息。
    • 應用:最權威的結構鑑定方法,尤其適用於新發現的 NPS。
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第 三、問答題 6 題3 分

有機溶劑常造成神經系統損傷,請說原因。(3分)

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這一題的完整詳解

核心觀念:有機溶劑對神經系統的毒性機制。

詳解:
有機溶劑(Organic solvents)之所以常造成神經系統損傷,主要與其物理化學性質和作用機制有關:

  1. 脂溶性高,易穿透血腦屏障 (High lipophilicity, easy penetration of blood-brain barrier):
    許多有機溶劑(如苯、甲苯、二甲苯、氯仿、四氯化碳、正己烷等)具有高度脂溶性(lipophilic)。這使得它們能夠輕易地穿過細胞膜,包括對保護腦部至關重要的血腦屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)。一旦進入中樞神經系統,它們就能與神經細胞膜的脂質成分相互作用,並蓄積在神經組織中。

  2. 影響神經細胞膜功能 (Affecting neuronal membrane function):
    有機溶劑可以物理性地溶解或改變神經細胞膜的脂質結構,影響膜的流動性、離子通道的功能以及神經遞質受體的結合,從而干擾神經信號的傳導。

  3. 影響神經遞質系統 (Interfering with neurotransmitter systems):
    許多有機溶劑可以影響神經遞質(如 GABA、谷氨酸、乙酰膽鹼、多巴胺等)的合成、釋放、再攝取或與受體的結合。例如,某些溶劑可能增強抑制性神經遞質 GABA 的作用,導致中樞神經系統抑制;

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第 三、問答題 7 題3 分

請說明比較α、β、ㄚ三種放射線(3分);釙210是放射性元素,會放出a射線,請說明當食入釙210,為何會造成死亡?(3分)

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核心觀念:放射線種類的比較與 α 射線的生物毒性。

詳解:

一、比較 α、β、γ 三種放射線 (Comparison of α, β, and γ radiation)

這三種放射線是放射性衰變過程中產生的主要粒子或電磁波,它們在性質上有顯著差異,尤其是在穿透力、電離能力和生物效應上:

特性α 射線 (Alpha particle)β 射線 (Beta particle)γ 射線 (Gamma ray)
本質氦原子核 (2個質子+2個中子)高能電子或正電子高能電磁波 (光子)
質量較大 (約 4 amu)較小 (電子質量)無質量
電荷+2-1 (電子) 或 +1 (正電子)0 (中性)
速度相對較慢 (約光速的 5-7%)較快 (接近光速)光速
穿透力極弱:一張紙、皮膚表層即可阻擋。中等:幾毫米的鋁或塑料即可阻擋。很強:需要數厘米的鉛或數米厚的混凝土阻擋。
電離能力極強:在短距離內造成大量電離。中等:電離能力比 α 射線弱。較弱:電離能力比 α 和 β 弱。
生物效應高 (當進入體內時):若 α 射線源進入人體(吸入、食入),其強大的電離能力會在局部組織造成嚴重的 DNA 損傷和細胞破壞。中等:若 β 射線源進入人體,也能造成局部組織損傷,但穿透力比 α 射線強,影響範圍較廣。
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第 三、問答題 8 題8 分

Toxic effects of calories have become one of the most critical issues in the modern society. Please describe the toxicity related to excess caloric intake/obesity. (8分)

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核心觀念
本題檢測考生是否理解「過量熱量攝取」不是單純的能量過剩,而是會引發一系列代謝、炎症、內分泌及器官功能失調,最終導致慢性疾病——即將「肥胖」視為一種全身性毒性狀態。


解題步驟與概念說明

  1. 熱量過剩 → 脂肪累積

    • 當每日熱量攝取 EinE_{in} 持續大於基礎代謝與活動消耗 EoutE_{out},盈餘熱量以三酸甘油脂形式儲存於脂肪組織。
    • Δ體脂=Ein−Eout9 kcal/g\Delta \text{體脂}= \frac{E_{in}-E_{out}}{9\,\text{kcal/g}}(1 g 脂肪 ≈ 9 kcal)。
    • 長期累積即形成肥胖(BMI ≥ 30 kg/m²),此時脂肪不僅是能量儲備,更成為活性內分泌器官。
  2. 脂肪組織的內分泌功能失調(Adipokine)

    • 肥胖脂肪細胞分泌 leptin、adiponectin、TNF‑α、IL‑6 等激素與細胞因子。
    • Leptin 抵抗:血中 leptin 升高但受體失效,抑制食慾與能量消耗的調節失靈。
    • Adiponectin 下降:降低胰島素敏感性,促進糖脂代謝異常。
    • 炎症因子 (TNF‑α、IL‑6) 引發 慢性低度發炎,成為多種疾病的共通毒性基礎。
  3. 胰島素抵抗與代謝症候群

    • 炎症與脂肪酸過多抑制胰島素受體訊號,導致血糖升高、胰島素分泌過度。
    • 臨床上表現為 高血糖、血脂異常、血壓升高,即代謝症候群(MetS)。
    • MetS 被視為「代謝毒性」的核心,增加心血管疾病與癌症風險。
  4. 脂肪酸與脂毒性(Lipotoxicity)

    • 脂肪細胞過度擴張時,游離脂肪酸(FFA)濃度升高,FFA 滲入非脂肪組織(肝、心臟、骨骼肌)。
    • 在肝臟累積形成 非酒精性脂肪肝(NAFLD),可進一步發展為肝纖維化甚至肝癌。
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第 三、問答題 9 題8 分

In the Renaissance, Paracelsus states "All substances are poisons; there is none that is not poison. The right dose differentiates poison from remedy". Please take two examples, such as arsenic (As) and water (H2O), to explain the concept. (8分)

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核心概念
本題測試「劑量決定毒性」的基本原理——同一物質在不同劑量下,可呈現「毒」或「藥」的雙重性(Paracelsus 的「劑量‑反應」概念)。須以具代表性的兩種物質(砷 As、純水 H₂O)說明「何謂劑量」以及「何時成為毒、何時成為藥」的判斷依據。


(a) 砷 (As) – 典型的有毒金屬

  1. 毒性指標

    • 常用指標為致死劑量(LD₅₀)或致死濃度(LC₅₀)。
    • 人類口服 LD₅₀ 約為 150 mg/kg150\ \text{mg/kg};亦即 70 kg 成人須攝入約 10.5 g10.5\ \text{g} 砷才會致死。
  2. 微量劑量的藥理作用

    • 砷的化合物(如三氧化二砷、亞砷酸)在醫學上可作為 急性早幼粒細胞白血病 (APL) 的化學治療劑。臨床用量約為 0.15 mg/kg/day0.15\ \text{mg/kg/day},遠低於致死劑量的千分之一。
    • 此劑量下,砷會抑制白血病細胞的增殖與分化,產生治療效果,且對正常組織毒性可控制在可接受範圍。
  3. 劑量‑反應圖(示意)

    Effect=f(Dose)\text{Effect}=f(\text{Dose})

    • 當 Dose < 0.1 mg/kg0.1\ \text{mg/kg}:無可觀測效應(安全範圍)。
    • 0.1 mg/kg≤Dose≤0.5 mg/kg0.1\ \text{mg/kg} \leq \text{Dose} \leq 0.5\ \text{mg/kg}:產生治療效應(藥)。
    • Dose>10 mg/kg\text{Dose} > 10\ \text{mg/kg}:出現急性中毒症狀(嘔吐、腹瀉、皮膚灼燒),更高劑量致死。
  4. 結論

    • 同樣是砷,低於臨床治療劑量 時為藥,超過致死劑量 時則為毒。這正呼應 Paracelsus 的「劑量」概念。

(b) 純水 (H₂O) – 看似無害卻亦可致毒

  1. 水的基本功能

    • 人體每日需攝入約 2 L2\ \text{L}(約 2 kg2\ \text{kg})以維持體液恆定、代謝與排泄。
  2. 過量飲水的毒性機制

    • 水中毒(Hyponatremia):過量飲水會稀釋血漿中的鈉離子,血鈉濃度下降至 <135 mmol/L< 135\ \text{mmol/L}。
    • 症狀包括頭痛、嘔吐、抽搐,嚴重者致腦水腫、死亡。
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第 三、問答題 10 題8 分

Currently, the potential effects of endocrine disrupting chemicals (EDCs) on human health and the proven effects of EDCs on wild life are a major focus among the scientific community. Please take one EDCs, such as phthalates or 2,3,7,8-TCDD etc.., to explain the potential effects on endocrine organ. (8分)

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核心觀念
本題測試考生對內分泌干擾化學物質(EDCs)的機制與對內分泌器官(如甲狀腺、性腺、胰島)可能造成的影響的理解,並要求以一種具代表性的EDC(此處以**二噁英(2,3,7,8‑TCDD)**為例)說明其對內分泌器官的潛在效應。


解題步驟

  1. 說明EDC的定義與作用方式

    • EDC 是指能夠干擾內分泌系統正常運作的化學物質,常透過模仿、阻斷或改變激素受體的結合、改變激素合成、代謝或清除速率,導致激素訊號傳遞失衡。
    • 重要概念:EDC 的效應常呈非劑量依賴性(低劑量亦可能產生顯著效應),且可能在胚胎發育早期造成不可逆的永久性改變。
  2. 選取代表性EDC:2,3,7,8‑TCDD(二噁英)

    • 二噁英是最具代表性的強效芳香族氯代多環化合物,屬於持久性有機污染物(POPs),在環境中高度穩定,易於在食物鏈累積。
    • 其主要毒理作用透過**芳香烴受體(AhR)**介導,AhR 是一種核內受體,與內分泌系統多條路徑交互作用。
  3. 二噁英對特定內分泌器官的潛在影響

    • 甲狀腺
      • AhR 活化後可抑制甲狀腺激素合成酶(如甲狀腺過氧化物酶,TPO)表達,降低甲狀腺激素(T₃、T₄)合成。
      • 同時,二噁英可增加肝臟 UDP‑glucuronosyltransferase 活性,促進甲狀腺激素的代謝與清除,導致血清 T₃、T₄ 水平下降。
        血清  [T3]↓∝1AhR激活程度\text{血清}\;[T_3]_{\text{↓}} \propto \frac{1}{\text{AhR激活程度}}
    • 性腺(卵巢 / 睾丸)
      • AhR 與雌激素受體(ER)、**雄激素受體(AR)**有交叉調控。
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