독성 단위

독성 단위(TU)는 독성학 분야에서 ^[1]화학 물질의 2진 혼합물에서 독성 물질의 상호작용을 정량화하기 위해 사용된다.특정 화합물에 대한 독성 단위는 50% 효과가 있는 농도에 기초한다(예:EC50)을 특정 생물학적 엔드포인트에 적용합니다.1개의 독성 단위는 일정 시간 동안 특정 생물학적 영향에 대해 특정 끝점의 EC50과 동일합니다.독성 단위는 이원 혼합물의 개별 독성과 결합된 독성을 비교할 수 있게 해준다.이를 통해 연구자들은 혼합물을 첨가제, 상승제 또는 길항제로 분류할 수 있습니다.시너지 작용과 길항작용은 독성 단위 합계에 의해 예측된 것보다 다소 독성이 있는 혼합물에 의해 정의된다.

오염 물질은 환경에 혼합물로 존재하는 경우가 많습니다.규제 결정은 독성 효과를 과소평가하거나 과대평가할 수 있는 첨가성을 가정하는 혼합물 독성 모델에 기초한다.혼합물 상호작용에 대한 우리의 이해를 개선하면 더 나은 정보에 입각한 환경 관리 및 의사 결정으로 이어질 수 있습니다.또한 혼합물 상호작용을 조사하면 많은 경우 잘 이해되지 않는 특정 독성물질의 작용 메커니즘을 설명할 수 있다.

방법들

독성 단위를 적용하려면 혼합물의 개별 성분에 대한 독성 데이터와 특수 혼합물 독성 데이터가 필요합니다.각 화학 물질의 반응을 평가함으로써 연구자들은 각 화학 물질의 독성에 따라 표준화된 새로운 용량 측정 단위인 독성 단위를 생성할 수 있습니다.두 화합물의 독성은 매우 다양할 수 있기 때문에, 두 화합물의 독성 단위 1개는 질량당 두 개의 매우 다른 농도에 해당할 수 있다.개별 구성 요소의 독성 외에도 독성 단위를 사용하려면 다른 오염 물질이 일정하게 유지된 상태에서 각 오염 물질의 증가에 대한 반응을 측정하는 2x2 요인 설계 농도 시리즈가 필요하다.이 정교한 농도 시리즈를 사용하면 혼합물 성분이 서로 상호작용하는 방식을 설명하고 비선형 회귀 모형을 사용하여 검증되지 않은 조합 성분의 효과를 예측할 수 있습니다.

포인트 견적

점 추정은 이용 가능한 샘플 데이터를 기반으로 모집단 매개변수를 예측하는 기술로 질량 기반 농도와 독성 기반 메트릭을 관련짓는 데 사용할 수 있다.독성학에서 점 추정치는 선량 반응 곡선의 반응 끝점인 경우가 많다.이러한 지점 추정치는 50% 사망률(LC50)과 같은 특정 생물학적 끝점을 볼 것으로 예상되는 농도를 예측한다.독성 지표로서 독성학적 엔드포인트(성장 억제, 번식, 행동 등)를 사용하여 질량 기준 농도에서 독성 단위로 전환할 수 있다.

점 추정치는 독성 데이터에 비선형 회귀 모델을 적합시키고 해당 모델을 사용하여 생물학적 끝점의 알려진 반응을 도출하는 데 필요한 화학 물질의 농도를 예측함으로써 생성된다.

방정식과 계산

하나의 독성 단위는 특정 독성학적 엔드포인트(LC50, EC50, IC50)를 발생시키는 데 필요한 특정 화학물질의 농도로 연구자에 의해 정의될 수 있다.

성장 억제용 1TU=LC50 또는 1TU=IC50

LC50과 같이 특정 끝점을 발생시키는 데 필요한 다양한 화학 물질의 질량 또는 몰 기반 농도는 매우 다양하므로, 1TU에 해당하는 농도는 테스트된 각 개별 화학 물질에 고유합니다.

이소볼로그람스

이소볼로그람은 독성 ^[2]단위를 기준으로 한 2진 혼합 독성 테스트 결과를 제시할 수 있는 한 가지 방법입니다.이 방법의 강점은 간단함과 사용 편의성이다.먼저 하나의 독성 단위가 되는 두 화학 물질의 모든 조합에 해당하는 가감성 선이 표시된다.다음으로 이소볼로그람에 이원 혼합물 테스트의 실험 결과를 플롯합니다.혼합물 검정의 결과는 단일 화학 검정에 해당하는 혼합물 선량 반응 곡선의 점 추정치입니다.이러한 혼합물 점 추정치가 이소볼로그람에 플롯될 때, 해당 혼합물 점 추정치가 속하는 영역(특정 끝점을 발생시키는 데 필요한 두 화학 물질의 농도에 기초함)은 혼합물 상호작용이^{[disambiguation needed]} 가법적, 상승적 또는 길항적인지 여부를 보여준다.

반응 표면

반응 표면은 이소볼로그람에 표시된 동일한 정보를 시각화하는 더 발전되고 복잡한 방법입니다.반응 표면은 x축과 y축의 독성 단위 및 z축의 반응 변수를 포함하는 3차원 그래프입니다.두 개의 화학적 스트레스 요인에 대한 유기체 반응의 3차원 표현은 반응 ^[2]표면을 형성하는 비선형 회귀 모델을 기반으로 구성 요소 조합의 독성을 예측하는 데 사용될 수 있다.

길항작용, 첨가작용 및 상승작용

독성 단위의 주요 효용은 혼합물 상호작용을 첨가, 상승 또는 길항작용으로 분류하는 것이다.첨가성은 혼합물의 독성이 개별 성분의 독성의 합과 같다는 것을 의미합니다.첨가성은 규제 및 환경 관리 목적으로 혼합물의 독성을 예측하는 데 사용되는 모델의 기본 가정이다.시너지 효과는 혼합물의 실험 독성이 개별 독성의 합보다 클 때 발생한다.반대로, 길항제 효과는 혼합물의 실험 독성이 부가성에 의해 예측되는 것보다 작을 때 발생한다.혼합물 상호작용을 이해하면 분류되지 않은 혼합물에 대한 첨가성을 가정하는 규제당국의 독성의 과대평가 또는 과소평가를 방지할 수 있다.

적용들

평형 분할 퇴적물 벤치마크

미국 EPA는 해저 무척추동물에 대한 다환방향족탄화수소(PAH) 오염 퇴적물의 ^[3]독성을 예측하기 위해 평형분할 퇴적물 벤치마크(ESB)라고 불리는 독성 단위를 벤치마크로 사용한다.독성 단위는 34 PAHs의 침전물 농도와 예상 침전물, 물 및 지질 분할 거동으로부터 계산된다.평형 분할 접근방식(각종 퇴적물에서 화학물질의 생물학적 가용성에 대한 다양한 설명)에 기초하여, 총 PAH에 대한 ESB는 특정 퇴적물에 있는 34개 개별 PAHs의 최소 지분의 합계를 침적물의 각 특정 PAH에 대한 최종 만성 값 농도로 나눈 값이다.EPA에 따르면 34개 이상의 PAHs 혼합물의 독성 단위 1.0 이하인 담수 또는 해수 퇴적물은 해저 생물 보호를 위해 허용된다.1.0 독성 단위보다 큰 퇴적물은 보호하지 않으며 잠재적으로 해저 유기체에 악영향을 미칠 수 있다.

EPA ESB는 다른 침전물 오염물질의 길항제, 첨가제 또는 시너지 효과를 고려하지 않으며, 발열성 PAHs(제조된 가스 플랜트 프로세스 ^[4]등)에 대해 지나치게 보수적인 추정치라는 비판을 받아왔다.이는 부분적으로 발열성 및 석유성 PAHs에 대한 독성 단위를 결정하기 위한 분석적 접근법 때문이다.

독성 동정 평가

독성식별평가(TI)는 전체 퇴적물과 퇴적물 ^[5]간질수에서 독성물질을 체계적으로 특성화, 식별 및 확인하기 위한 접근법이다.이 접근방식은 일반적으로 EPA에 의해 수행된다.유출효과 농도 데이터와 측정된 독성물질 농도 데이터를 독성단위로 변환하여 회귀분석하여 두 개 이상의 독성물질 ^[6]사이에 선형관계가 존재하는지 여부를 평가한다.

제한 사항

독성 단위 사용과 관련된 한계는 사용 중인 방법론에 따라 크게 달라진다.예를 들어, 이소볼로그람의 사용은 이원 혼합에만 적용할 수 있다.일반적으로 독성 단위는 투영에 의해 제한되는 점 추정치에 기초한다.점 추정치, 즉 독성 단위는 선량-반응 모델을 단순화한 것이다.포인트 추정치 이외의 농도에서의 독성 영향에 대한 정보는 번역 시 손실된다.

혼합물을 연구하는 다른 방법

톱다운 어프로치

혼합물을 연구하는 일반적인 방법은 혼합물의 총 독성을 측정하고 내부 독성물질 상호작용을 ^[2]무관하다고 간주하는 것이다.혼합물 효과는 총 독성에서 고려된다.이 방법의 결과는 혼합물에 따라 제한되며 특정 독성 메커니즘을 결정하는 데 제한적인 가치가 있다.

GLM 어프로치

GLM(Generalized Linear Model)을 사용하면 독성 복합 혼합물을 설명하는 복잡한 비모수 모형 적합이 가능합니다.일반화 선형 모형은 TU ^[7]접근법보다 가감도와 유의한 차이를 찾을 가능성이 높습니다.또한 GLM 접근방식은 생물학적 메커니즘에^[8] 대한 현재의 지식을 반영하기 위해 모델을 변경할 수 있도록 한다.

레퍼런스