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不想老是喝掛?煉金術師提供的小秘訣:「劑量─反應」曲線

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2017/10/10 ・2644字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

撰文/陳亭瑋

「所有物質都是毒物,沒有一種不是毒物。
只要劑量正確,就可以把毒物變成仙丹。」
──煉金術師 巴拉賽爾士(Paracelsus, aka 馮‧霍恩海姆)

圖/Wellcome Image @Wellcome Images, CC BY 4.0

有遭遇過拚酒的場景嗎?希望自己不要輕易被酒精飲料「放倒」嗎?這箇中的秘訣五百年前的煉金術師就已經告訴我們了!了解化學物質「劑量 ─ 反應」曲線的原理,讓你學會拚酒的科學!(喂)

要引起反應,先要通過這些關卡

人體內原本就有些代謝關卡專門處理「有毒」物質。生命在世界上,就算不拚酒,也會隨時面臨外來物質入侵。不像化學反應,身體並不會全部照單全收、予取予求(?)反應出來。

第一關,是「吸收」

每種化學物質的吸收路徑並不相同。以酒精為例,大口喝酒的時候,嘴巴跟喉嚨會先接收到一小部分的酒精,約五分之一的酒精會由胃吸收,大多數的酒精則經由小腸進入體內,幾分鐘後出現在血液中。腸胃中如果有食物,酒經由身體吸收的速度會慢得多,但如果飲酒混合了含氣泡的飲料,酒精吸收的速度會快得多;而如果是純飲酒,酒精被嘴巴跟喉嚨吸收前,就會經由呼吸被排出體外。

許多化學物質在低劑量或不適合被吸收的狀況下(如鉛在固體的狀態下很難被吸收,要融入液體或成為氣態才容易進入體內),由身體的自然屏障阻擋,不會進入體中,自然就沒有中毒的問題了。

第二關,是「代謝」

化學物質闖過了吸收這個關卡後,會出現在血液中。如上述酒精的例子,隨著血液進入肝臟的酒精會被分解,剩下的酒精有一小部分會由肺排除,另外一小部分會由腎排除,這就是為什麼我們可以由呼氣或是驗尿來檢測一個人的酒精濃度。酒精從血液中被排除的速度約為每小時 14 毫升,也就是想代謝完一瓶啤酒的酒精含量,至少需花上一個小時。

代謝速度除了和爸媽留給你的遺傳有關,還包括攝取酒精的人過去是否經常飲酒,如常喝酒的人的確不容易喝醉;另外如最近的生理狀況,營養攝取是否均衡、是不是有睡飽等,都會影響代謝速度。

當連代謝都來不及 ……圖/Alexas_Fotos @Pixabay, CC by 0

如果化學物質持續進入體內、超過了代謝速度,這些物質主要會累積在血液中。一般來說,持續喝酒、體內的酒精濃度逐漸提高,會依序達到四種狀態:微醺狀態,頭暈目眩但心情愉快;喝醉狀態,言行失控;爛醉狀態,最後則是有急性死亡風險1(對,酒精其實有過量致死的紀錄)。

「科學飲酒」的必備資料──「劑量-反應」曲線

圖/Bbs16893300665 @Commons Wikimedia, CC 0

持續記錄某一個人攝取了多少酒精時、會進入哪個狀態,正是「劑量-反應」曲線的表現方式[2]。在大多數的化學物質反應上,這是一個類似 S 型的曲線,左側接近零與右側接近 100% 的地方會是平坦的,代表此種化學物質在某個劑量以下不會有反應,以及在高到某個劑量時會有最大反應。這個曲線除了與化學物質種類有關,也和物種、體質、代謝相關。

在「劑量 - 反應」曲線的最左端平坦處到有反應之前,曲線未開始上升之處所對應的劑量值就是「無可見作用劑量(NOAEL)」,也是前述在一般接觸時,人體能夠自然屏障、以及快速代謝(解毒)的化學物質劑量。很容易想像,一個人即使酒量再差,也不至於會因為打針時消毒藥棉上的酒精而臉紅或醉倒,因為此劑量很明顯還低於 NOAEL 值。

同樣類型的「劑量 ─ 反應」曲線,還可以參考科學家霍爾丹實(玩)驗(命)而來的一氧化碳中毒研究。在還不太了解煤氣中毒的原理之前,霍爾丹以自己為實驗對象,記錄曝露在不同濃度一氧化碳中的中毒症狀,同時持續測量自己血中的一氧化碳含量。他發現當血中的一氧化碳濃度達到 27% 時,視線會變暗、人也變得極端虛弱、一施力就會昏倒;最高紀錄則為血中一氧化碳濃度達到 56%,他已經無法行走、並且無法記得實驗期間的所有事情。(警告:玩命科學家不良示範請勿學習)

如果希望「科學」飲酒,可以參考霍爾丹的作法,記錄自己每次喝酒的量以及感受到的醉意程度,那就是你個人的「劑量-反應」曲線了 ── 而如擁有夠完整(?)的紀錄,你會知道該怎麼喝、喝到什麼程度不能再喝,自然就不會輕易被「放倒」了[3]。

不妨記錄試著畫出自己的酒精「劑量 ─ 反應」曲線。圖/B Rosen@flickr, CC BY-ND 2.0

建立在「劑量─反應」曲線上的風險評估與治療

今天人們對於許多化學物質如一氧化碳或酒精中毒等症狀的理解與知識,正是透過霍爾丹這類以身涉險的研究、或是動物實驗的資料而來。在治療某種化學物中毒的病人時 ── 這些病人絕大多數都無法告知醫生使他中毒的化學物質或劑量 ── 如果能對照相關資料,知道在什麼劑量下會造成中毒、甚至從出現的症狀回推中毒劑量,就可以根據這些資訊進行救治、提供適當的解毒劑。

另外,「劑量-反應」曲線對於化學物質,包括藥物、食品添加物、食品污染物的風險評估亦十分重要。舉例來說,酒精如果攝取過多會有致死的毒性、攝取到一定劑量也會使判斷力與專注力下降,因此定有法規限制駕駛的「酒測值」上限(吐氣所含酒精濃度 0.15mg/L 或血液中酒精濃度達 0.03%),若超過則有罰鍰。不過,一般擦拭消毒所使用酒精劑量極少,皮膚的吸收效率又低於腸胃消化道,因此我們可以判斷得出這個行為是安全的 ── 應該沒有人會擔心打針回家的路上會被驗出酒駕吧。

「劑量 ─ 反應」曲線再次具象化了毒物學的第一原則:在某些劑量以上,所有化學物質都是有毒的;在某些劑量下,化學物質不會出現任何效應

劑量,決定了物質的毒性。

註解

  1. 四個階段的酒醉狀態與血中酒精濃度:微醺狀態 100mg/100ml;酒醉及言行失控 200mg/100ml;爛醉300mg/100ml;有死亡危險 400mg/100ml。換算下來一個 65 公斤的成人攝入超過 200 克的酒精就有致死的風險。
  2. 關於「劑量 ─ 反應」曲線包括給予一群個體不同劑量的化學物質,記錄表現出某種反應(如醉酒)的比例;或是記錄某個特定個體在不同劑量下的表現程度(本次的舉例)。
  3. 由於酒精代謝除了個人體質還包含很多因素(包括扯後腿的酒友),即使有紀錄也請不要太自信,盡量不要飲酒過量,並且千萬避免喝到 S 型曲線的右側。《新世紀福爾摩斯》第三季中就挑戰過一次。

參考資料

  • 約翰‧亭布瑞著 莊勝雄譯 《毒物魅影:瞭解日常生活中的有毒物質》商周出版 2006-05-19 ISBN 986-124-659-2
    Haldane J (1895).The action of carbonic oxide on man. The Journal of Physiology. 18 (5–6): 430–462.
    Wikipedia – Carbon monoxide poisoning

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/


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今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

  • 量身打造獎盃,每年都以當年獲獎的研究為靈感,製作不同主題的獎盃!
  • 不值錢獎金,得獎者會獲得比壁紙還不值錢的高額辛巴威幣作為獎金。
  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

今年夏天搞笑諾貝爾獎世界展將首次登台!廢到笑的研究與發人省思的成果,一次集結歷屆讓人目瞪口呆的得獎研究及五大互動體驗,讓你一本正經的捧腹大笑!展區內充滿更多腦洞無極限的幽默科學得獎,一定要揪朋友一起來漲知識。

5/2-5/26 早鳥 $260 限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

搞笑諾貝爾獎世界展將集結眾多搞笑諾貝爾獎的獲獎研究,其中有許多讓人會心一笑的內容,像是鴿子也懂藝術?日本學者就曾做過實驗,證明鴿子可以分得出畢卡索和莫內的畫;在野外遇到熊怎麼辦?只要穿上防熊裝就不用怕;指甲刮黑板的聲音經研究證實為世界上最讓人痛苦的聲音!

曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

  1. 鴿子也懂藝術?|連鴿子都分得出畢卡索和莫內的畫!
  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
  5. 逃跑鬧鐘|還想賴床按鬧鐘嗎?鬧鐘本人跑起來給你追!
  6. 最討厭的聲音!|指甲刮黑板太邪惡了!
  7. 如何增加乳牛的產乳量?|不妨給牠取個名字吧!
  8. 胸罩變口罩|在突發的緊急狀況時胸罩變防護口罩!?  
  9. 恐龍走路長甚麼樣子?|在雞的屁股裝上一根棒子就知道!
  10. 貓是液體嗎?|喵星人的貓體力學大解密!

五大互動體驗,只有實驗了才知道

展區現場將規劃五種關於搞笑諾貝爾獎得獎研究的實際互動體驗,讓你能夠化身為小小研究學者,一起來實際試試看、探討世界上經典的搞笑研究!

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 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

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