暴露體 Exposome

外在世界與內在生物反應

每一天,我們都透過呼吸的空氣、感受到的氣味、攝取的食物,以及與肌膚接觸的各種物質,持續接收來自周遭環境的訊號。

人體內的基因表現、代謝活動、荷爾蒙調節,以及神經與免疫系統,持續對這些外在訊號作出反應。隨著時間累積,外在暴露與內在生物反應的交互作用,逐步影響肌膚、情緒及整體身心狀態。

這正是 A&S 關注暴露體科學的原因:
我們希望解明日常暴露如何轉化為生物反應,並探索如何透過科學與應用設計,降低不利影響、支持長期健康。

以人體側面為中心,連結環境因素、生活方式因素與內在生物機制的暴露體圖解

暴露體科學

整合外在因素、內在因素與暴露動態,理解人類健康的形成

陽光下的城市,包含交通、工業排放與綠地

外在暴露體

環境暴露

一名女子攜帶水瓶在山中健行

內在暴露體

生活方式與個人因素

一名男子從白天到傍晚的四個時刻

暴露動態

暴露隨時間的變化

個人暴露體

每個人在不同時間與空間中,所形成的獨特暴露樣貌

外在(環境)
內在(個體)
暴露動態(時間)
個人暴露體

暴露體生物影響指數 EBII

建立可量化的暴露體生物影響參考依據

A&S 致力於解明外在暴露與內在生理因素如何相互作用,進而影響人類健康與生理功能。環境、生活方式、生物反應與健康狀態之間存在複雜且持續變動的關係。我們透過研究方法及科學導向的解決方案,探索其中的作用路徑與調節機制。

為建立系統性的評估方法,A&S 正開發暴露體生物影響指數(Exposome Biological Impact Index,EBII)。此指數以科學模型與演算法整合暴露負荷、個體易感性、生物韌性及時間等因素,嘗試建立可量化的研究參考指標,用以探索暴露體隨時間可能產生的相對生物影響。

暴露負荷

  • 環境
  • 生活方式
  • 化學
  • 物理
  • 生物
  • 社會及感官因素
車流與城市天際線

生物易感性

  • 遺傳
  • 表觀遺傳
  • 年齡
  • 生物因素
  • 基礎健康
  • 共病
DNA 螺旋結構,旁邊是年長者的臉龐

生物韌性

  • 解毒
  • 免疫防禦
  • 修復能力
  • 代謝彈性
  • 恢復能力
  • 抗氧化防禦
免疫細胞與粒線體示意圖

時間

  • 持續時間
  • 頻率
  • 時機
  • 累積負荷
  • 生命歷程階段
處於不同人生階段的人們

EBII

可量化的
參考指標

外在暴露體

外在暴露體

環境暴露

來自個體外部的各類非遺傳性暴露。

一名女子走在城市中,周圍是交通與工業排放
陽光照耀的城市街道上的車流

物理環境

空氣、紫外線、噪音、氣候

環境工作者在工業區附近檢查水樣

化學環境

污染物、金屬、農藥

開花樹木的柔荑花序釋放花粉

生物環境

病原體、過敏原、微生物群

人們在繁忙的都市街道上通勤

建成環境與社會環境

都市生活、工作、室內環境

一隻戴手套的手在水邊拿著一皿微塑膠顆粒

其他暴露

微塑膠、水、食品污染物

內在暴露體

內在暴露體

生活方式與個人因素

個體內部的內源性因素,以及可調整的因素。

佩戴感測器的女子在健康監測螢幕旁向臨床醫療人員諮詢
日常生活情境:準備食物、跑步、睡眠、社交、服藥與承受壓力

生活方式與行為因素

飲食與營養、身體活動、睡眠、心理壓力、
吸菸、飲酒、藥物使用、社交互動

內在生物狀態與生理過程

先天因素、遺傳與表觀遺傳、免疫功能、發炎、
氧化壓力、代謝、內分泌狀態、腸道微生物群、神經內分泌功能

生物研究情境:血液樣本、顯微觀察、三代女性、實驗室培養物與分析檢測
暴露動態

暴露
動態

暴露體科學的
第三個維度

A&S 原創架構

暴露的時間特性一直是相關研究的重要議題。A&S 創辦人顏郁文 博士進一步在本研究架構中,將「暴露動態」明確界定為獨立的第三個核心維度,與外在暴露體及內在暴露體並列,以凸顯時間因素在生物影響評估中的重要性。

此架構旨在描述並量化暴露的強度、持續時間、發生頻率、關鍵時機、混合暴露的交互作用,以及生命歷程中的累積效應。

同一名女子在城市中,經歷清晨、白天、傍晚與夜間
從每一次暴露出發,理解其在整個生命歷程中的累積生物影響。

暴露動態

暴露隨時間變化的六大面向

女子置身城市街道,周遭交通與空氣污染逐漸增加

強度

接觸多少

劑量與濃度

建築工人在同一工地,從清晨、白天工作至夜間

持續時間

持續多久

暴露時間長度

女子在反覆的日常活動中通勤、使用手機,並以筆記型電腦工作

頻率

多常發生

單位時間內的發生次數

同一片城市天際線在黎明、白天、黃昏與夜間的景象

時機

何時發生

一天中的時段、星期、季節、生命階段

女子身處煙霧瀰漫的社交場合,手邊有飲品,鄰近街道可見車輛排放

混合暴露

同時接觸什麼

共同暴露及其關聯

一名女子一生中三個年齡階段的樣貌

累積暴露

一生累積多少

依時間加權的累積劑量

個人暴露體

個人暴露體與人類健康

健康影響可能隨時間逐步形成,而健康狀態的改變,也可能反過來影響後續暴露與生物反應。

  1. 女子身處車流中,周圍呈現睡眠不佳、速食、壓力與工業污染的情境

    個人暴露體

    累積的外在暴露、內在因素與時間動態

  2. 皮膚受刺激的女子,旁邊是生物反應的實驗室檢測

    生物反應

    發炎、氧化壓力,以及神經內分泌與代謝變化

  3. 同一名女子沿著改變的老化軌跡,呈現三個年齡階段的樣貌

    老化軌跡改變

    韌性下降、修復受損、生理恆定失衡、功能衰退

  4. 一名年長女子在醫院接受醫師與護理師照護

    健康結果

    逐步影響身體、心理與長期身心健康

暴露累積生物反應老化軌跡轉變健康狀態改變

從個人暴露體到生物影響

從上游到下游,跨越不同生物層級的連鎖反應

  1. 個人暴露體

    女子置身都市環境,面臨交通、睡眠中斷與生活方式相關暴露

    外在暴露、內在因素、暴露動態

    物理、化學、生物、社會及生活方式

  2. 暴露途徑與吸收

    透過呼吸、飲水及皮膚接觸表面而產生的暴露

    吸入、攝入,以及皮膚與黏膜吸收

    決定生物有效劑量

  3. 核心生物機制

    顯微組織、分子過程、實驗室樣本與細胞分析

    氧化壓力、發炎

    內分泌與免疫及代謝失調

    DNA 損傷、表觀遺傳變化

  4. 多層級生物影響

    細胞與組織影像,旁邊是評估器官系統影像的研究人員

    細胞壓力與損傷

    組織功能異常、器官系統影響

    老化軌跡改變

  5. 潛在不利健康結果

    年長女子躺在醫院病床上接受醫療照護

    急性影響、慢性健康問題

    發育與生殖影響

    身心健康下降

    健康長壽受損

生物影響不僅取決於暴露負荷,也受到個體易感性與調適能力的共同影響。

暴露體生物影響指數 EBII

EBII 概念模型

透過四個相互作用的維度,建立生物影響的概念性估算架構。

遍布城市的車流與工業排放

暴露負荷

物理、化學、生物
社會、生活方式、感官

暴露越高 E 越高

都市環境中,一名年長女子正在咳嗽,旁邊是一名年輕女子

生物易感性

遺傳、表觀遺傳、年齡
基礎健康、既有疾病

易感性越高 S 越高

免疫細胞與病原體交互作用

生物韌性

修復能力、免疫防禦、解毒
代謝彈性、恢復能力

保護能力

韌性越高 R 越高

同一名女子隨時間經歷不斷變化的暴露條件

時間

持續時間、頻率、時機
累積負荷、生命歷程階段

暴露時間越長 T 越高

概念性運算模型

EBII=E×S×TR+ε
E
暴露負荷
S
生物易感性
R
生物韌性
T
時間

ε 為確保數值穩定性而加入的小常數。

此公式僅為初步概念性近似模型;實際生物關係可能涉及非線性變化、時間動態與多重回饋機制。

從 EBII 理解不同層級的生物影響

從 EBII 理解不同層級的生物影響

疲憊的男子在臨床環境中接受健康評估

較高估算 EBII

較大的估算生物影響

  • 較高暴露負荷
  • 較高易感性
  • 較長暴露時間
  • 較低生物韌性
對比
男子在湖泊與群山旁戶外健行

較低估算 EBII

較小的估算生物影響

  • 較低暴露負荷
  • 較低易感性
  • 較短暴露時間
  • 較高生物韌性

不同層級的生物影響

  1. 分子層級

    分子交互作用的顯微示意圖

    DNA 損傷、氧化壓力、表觀遺傳變化

  2. 細胞層級

    放大觀察的細胞

    發炎、細胞衰老、訊號傳遞受損

  3. 組織與器官層級

    組織顯微影像,旁邊是檢視器官掃描影像的臨床醫療人員

    組織功能異常、多系統影響

  4. 全身層級

    男子與臨床醫療人員討論自身身心健康

    韌性、恢復與適應能力下降

  5. 潛在結果

    年長男子與醫療專業人員交談

    健康壽命、身心安適、功能與生活品質的變化