พิษ วิทยาเชิงพลวัต(Toxicodynamics) ซึ่ง ในเภสัชวิทยาเรียกว่า เภสัชพลวัต (Pharmacodynamics ) อธิบายถึงปฏิสัมพันธ์เชิงพลวัตของสารพิษกับเป้าหมายทางชีวภาพและผลกระทบทางชีวภาพ^{[ 1 ]}เป้าหมายทางชีวภาพหรือที่รู้จักกันในชื่อตำแหน่งการออกฤทธิ์ อาจเป็นโปรตีนที่จับกับสารช่องไอออนดีเอ็นเอหรือตัวรับอื่นๆ อีกหลายชนิด เมื่อสารพิษเข้าสู่สิ่งมีชีวิต มันสามารถโต้ตอบกับตัวรับเหล่านี้และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือการทำงานกลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษ ซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติทางเคมีของสารพิษ จะเป็นตัวกำหนดว่าตัวรับใดเป็นเป้าหมายและผลกระทบที่เป็นพิษโดยรวมในระดับเซลล์และระดับสิ่งมีชีวิต

สารพิษถูกจัดกลุ่มตามคุณสมบัติทางเคมีโดยใช้ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างโครงสร้างและกิจกรรม (QSARs) ซึ่งช่วยให้สามารถทำนายการออกฤทธิ์ที่เป็นพิษโดยอาศัยคุณสมบัติเหล่านี้ สารเคมีที่รบกวนระบบต่อมไร้ท่อ (EDCs) และสารก่อมะเร็งเป็นตัวอย่างของสารพิษประเภทต่างๆ ที่สามารถใช้เป็น QSARs ได้ EDCs เลียนแบบหรือปิดกั้นการกระตุ้นการถอดรหัสที่ปกติเกิดจากฮอร์โมนสเตียรอยด์ ตามธรรมชาติ สารเคมีประเภทนี้สามารถออกฤทธิ์ต่อตัวรับแอนโดรเจนตัว รับเอสโทรเจน และตัวรับฮอร์โมนไทรอยด์กลไกนี้อาจรวมถึงสารพิษเช่นไดคลอโรไดฟีนิลไตร คลอโรอีเทน (DDE) และโพลีคลอริเนเตดไบฟีนิล (PCBs) สารเคมีอีกประเภทหนึ่งคือสารก่อมะเร็ง ซึ่งเป็นสารที่ทำให้เกิดมะเร็งและสามารถจำแนกได้เป็น สารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดการกลาย พันธุ์ทางพันธุกรรมหรือสารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม หมวดหมู่เหล่านี้รวมถึงสารพิษเช่นโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs) และคาร์บอนเตตระคลอไรด์ ( _CCl4 )

กระบวนการพิษวิทยาเชิงพลศาสตร์ (Toxicodynamics) มีประโยชน์สำหรับการประยุกต์ใช้ในการประเมินความเสี่ยง ด้านสิ่งแวดล้อม โดยการนำแบบจำลองพิษวิทยาเชิงจลน์และเชิงพลศาสตร์ (Toxicokinetic-Toxicodynamics: TKTD) มาใช้ แบบจำลอง TKTD ครอบคลุมปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การสัมผัสที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาพิษ ตกค้าง ระยะเวลาการฟื้นตัวของสิ่งมีชีวิต ผลกระทบของสารผสม และการคาดการณ์ไปยังสารเคมีและสายพันธุ์ ที่ยังไม่ได้ทดสอบ ด้วยข้อดีเหล่านี้ แบบจำลองประเภทนี้จึงอาจเหมาะสมกับการประเมินความเสี่ยงมากกว่าวิธีการสร้างแบบจำลองแบบดั้งเดิม

ในขณะที่พิษวิทยาจลน์ (Toxicokinetics)อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารพิษเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากการดูดซึม การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ การกระจายตัว และการกำจัดสารพิษ พิษวิทยาพลศาสตร์ (Toxicodynamics) เกี่ยวข้องกับการโต้ตอบของสารพิษกับเป้าหมายทางชีวภาพและการเปลี่ยนแปลงทางด้านการทำงานหรือโครงสร้างในเซลล์ ซึ่งอาจนำไปสู่ผลกระทบที่เป็นพิษในที่สุด ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางเคมีและบริเวณใกล้เคียงของสารพิษ สารพิษอาจสามารถโต้ตอบกับเป้าหมายทางชีวภาพได้ การโต้ตอบระหว่างสารพิษและเป้าหมายทางชีวภาพอาจมีความจำเพาะมากขึ้น โดยที่ตำแหน่งการจับที่ มีความสัมพันธ์สูง จะเพิ่มความเลือกสรรของการโต้ตอบ ด้วยเหตุนี้ ความเป็นพิษจึงอาจแสดงออกเป็นหลักในเนื้อเยื่อหรืออวัยวะ บาง ส่วน เป้าหมายมักเป็นตัวรับบนพื้นผิวเซลล์หรือในไซโตพลาสซึมและนิวเคลียสสารพิษสามารถกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองที่ไม่จำเป็นหรือยับยั้งการตอบสนองตามธรรมชาติ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายได้ หากเป้าหมายทางชีวภาพมีความสำคัญและความเสียหายรุนแรงมากพอ การบาดเจ็บที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อาจเกิดขึ้นก่อนในระดับโมเลกุล ซึ่งจะส่งผลต่อระดับการจัดระเบียบที่สูงขึ้น^{[ 1 ]}

EDC โดยทั่วไปถือเป็นสารพิษที่เลียนแบบหรือขัดขวางการกระตุ้นการถอดรหัสที่ปกติเกิดจากฮอร์โมนสเตียรอยด์ตามธรรมชาติ^{[ 2 ]}สารเคมีเหล่านี้รวมถึงสารที่ออกฤทธิ์ต่อตัวรับแอนโดรเจน ตัวรับเอสโตรเจน และตัวรับฮอร์โมนไทรอยด์^{[ 2 ]}

สารเคมีที่รบกวนระบบต่อมไร้ท่อสามารถรบกวนระบบต่อมไร้ท่อได้หลายวิธี รวมถึงการสังเคราะห์ฮอร์โมน การเก็บรักษา/การปล่อย การขนส่งและการกำจัด การรับรู้และการจับกับตัวรับ และการกระตุ้นหลังตัวรับ^{[ 3 ]}

ในสัตว์ป่า การสัมผัสกับ EDC อาจส่งผลให้ความสามารถในการสืบพันธุ์เปลี่ยนแปลงไป ความสามารถในการอยู่รอดของลูกหลานลดลง การหลั่งหรือการทำงานของฮอร์โมนบกพร่อง และโครงสร้างทางกายวิภาคของระบบสืบพันธุ์เปลี่ยนแปลงไป[ ^{4 ] โครงสร้าง}ทางกายวิภาคของระบบสืบพันธุ์ของลูกหลานอาจได้รับผลกระทบโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากแม่ได้รับสารดังกล่าว^{[ 5 ]}ในเพศเมีย ได้แก่ต่อมน้ำนมท่อนำไข่ มดลูกปากมดลูกและช่องคลอด ในเพศ ผู้ได้แก่ ต่อ ม ลูกหมาก ถุงน้ำอสุจิอัณฑะและอัณฑะ [ 5 ^{]การที่} ปลาได้รับสาร EDC ยังเกี่ยวข้องกับการทำงานของต่อมไทรอยด์ ที่ ผิดปกติ ความสามารถในการสืบพันธุ์ลดลง อัตราการฟักไข่ลดลง การเปลี่ยนแปลงลักษณะเพศเมียไปเป็นเพศผู้ และการเปลี่ยนแปลงการทำงานของระบบภูมิคุ้มกัน^{[ 5 ]}

การรบกวนระบบต่อมไร้ท่อในฐานะกลไกการออกฤทธิ์ของสารแปลกปลอมได้รับการทำให้ตระหนักโดยOur Stolen Futureโดย Theo Colborn ^{[ 2 ]}สารเคมีที่รบกวนระบบต่อมไร้ท่อเป็นที่ทราบกันดีว่าสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อของร่างกายและคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลานาน^{[ 6 ]}สารพิษหลายชนิดเป็นที่ทราบกันว่าเป็น EDC รวมถึงยาฆ่าแมลงพทาเลต ไฟโตเอสโตรเจนผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม/เชิงพาณิชย์บางชนิด และยา[ ^{3 ] สาร}เคมีเหล่านี้เป็นที่ทราบกันดีว่าก่อให้เกิดการรบกวนระบบต่อมไร้ท่อผ่านกลไกที่แตกต่างกันหลายประการ ในขณะที่กลไกที่เกี่ยวข้องกับตัวรับฮอร์โมนไทรอยด์ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก กลไกที่ได้รับการยืนยันแล้วสองกลไกเกี่ยวข้องกับการยับยั้งตัวรับแอนโดรเจนและการกระตุ้นตัวรับเอสโตรเจน

สารพิษบางชนิดทำหน้าที่เป็นสารก่อกวนต่อระบบต่อมไร้ท่อโดยการโต้ตอบกับตัวรับแอนโดรเจน DDE เป็นตัวอย่างหนึ่งของสารเคมีที่ออกฤทธิ์ผ่านกลไกนี้ DDE เป็นเมตาโบไลต์ของDDTซึ่งแพร่หลายในสิ่งแวดล้อม^{[ 1 ]}แม้ว่าการผลิต DDT จะถูกห้ามในโลกตะวันตก แต่สารเคมีนี้มีความคงทนสูงมากและยังคงพบได้ทั่วไปในสิ่งแวดล้อมพร้อมกับเมตาโบไลต์ DDE ^{[ 1 ]} DDE เป็นสารต้านแอนโดรเจนซึ่งหมายความว่ามันเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนที่ควบคุมโดยแอนโดรเจนโดยเฉพาะ และเป็นกลไกที่เกี่ยวข้องกับตัวรับแอนโดรเจน (AR) ^{[ 1 ]} DDE เป็น สารประกอบ ที่ชอบไขมันซึ่งแพร่กระจายเข้าไปในเซลล์และจับกับ AR ^{[ 1 ]}ผ่านการจับกัน ตัวรับจะถูกทำให้ไม่ทำงานและไม่สามารถจับกับองค์ประกอบการตอบสนองต่อแอนโดรเจนบน DNA ได้^{[ 1 ]}ซึ่งจะยับยั้งการถอดรหัสของยีนที่ตอบสนองต่อแอนโดรเจน^{[ 1 ]}ซึ่งอาจส่งผลร้ายแรงต่อสัตว์ป่าที่สัมผัส ในปี พ.ศ. 2523 เกิดการรั่วไหลในทะเลสาบอะปอปการัฐฟลอริดา ซึ่งปล่อยสารกำจัดศัตรูพืชไดโคฟอลและดีดีทีพร้อมกับสารเมตาบอไลต์^{[ 4 ]}จระเข้แรกเกิดและจระเข้วัยอ่อนที่อยู่ในทะเลสาบนี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและพบว่ามี ระดับฮอร์โมน ในพลาสมา เปลี่ยนแปลง ไป อัตราการรอดชีวิตของไข่ลดลง อัตราการตายของจระเข้วัยอ่อนเพิ่มขึ้น และความผิดปกติทางสัณฐานวิทยาในอัณฑะและรังไข่^{[ 4 ]}

สารพิษอาจทำให้เกิดการรบกวนต่อระบบต่อมไร้ท่อผ่านการโต้ตอบกับตัวรับเอสโตรเจน กลไกนี้ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีกับ PCBs สารเคมีเหล่านี้ถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นและสารหล่อลื่นในหม้อแปลงและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เนื่องจากคุณสมบัติในการเป็นฉนวน^{[ 7 ]} PCBs เป็นสาร ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ล้วนๆและปัจจุบันไม่มีการผลิตในสหรัฐอเมริกาอีกต่อไปเนื่องจากผลกระทบต่อสุขภาพที่ไม่พึงประสงค์ที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัส แต่สารเหล่านี้มีความคงทนสูงและยังคงแพร่หลายในสิ่งแวดล้อม^{[ 7 ]} PCBs เป็นซีโนเอสโตรเจนซึ่งกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองที่เพิ่มขึ้น (แทนที่จะยับยั้ง) และถูกควบคุมโดยตัวรับเอสโตรเจน^{[ 1 ]}มักเรียกสารเหล่านี้ว่าสารเลียนแบบเอสโตรเจนเพราะเลียนแบบผลกระทบของเอสโตรเจน PCBs มักสะสมอยู่ในตะกอนและสะสมทางชีวภาพในสิ่งมีชีวิต^{[ 1 ]}สารเคมีเหล่านี้แพร่กระจายเข้าไปในนิวเคลียสและจับกับตัวรับเอสโตรเจน^{[ 1 ]}ตัวรับเอสโตรเจนจะคงอยู่ในสภาวะที่ไม่ทำงานโดยอาศัยการโต้ตอบกับโปรตีน เช่นโปรตีนฮีทช็อก 59, 70 และ 90 ^{[ 8 ]}หลังจากสารพิษจับกับตัวรับแล้ว ตัวรับเอสโตรเจนจะถูกกระตุ้นและสร้าง คอมเพล็กซ์ โฮโมไดเมอร์ซึ่งจะค้นหาองค์ประกอบการตอบสนองต่อเอสโตรเจนในดีเอ็นเอ^{[ 8 ]}การจับกันของคอมเพล็กซ์กับองค์ประกอบเหล่านี้ทำให้เกิดการจัดเรียงโครมาตินใหม่และการถอดรหัสยีน ส่งผลให้เกิดการผลิตโปรตีนเฉพาะ^{[ 8 ]}ในการทำเช่นนี้ PCBs จะกระตุ้นการตอบสนองต่อเอสโตรเจนซึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อการทำงานต่างๆ ภายในสิ่งมีชีวิตได้^{[ 1 ]}ผลกระทบเหล่านี้พบได้ในสัตว์น้ำหลายชนิด ระดับของ PCBs ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลมักจะสูงมากอันเป็นผลมาจากการสะสมทางชีวภาพ^{[ 9 ]}การศึกษาแสดงให้เห็นว่า PCBs เป็นสาเหตุของความบกพร่องในการสืบพันธุ์ในแมวน้ำฮาร์เบอร์ ( Phoca vitulina ) ^{[ 9 ]}พบผลกระทบที่คล้ายกันในแมวน้ำสีเทา ( Halichoerus grypus ) แมวน้ำลายจุด ( Pusa hispida ) และสิงโตทะเลแคลิฟอร์เนีย ( Zalophys californianus ) ^{[ 9 ]}ในแมวน้ำสีเทาและแมวน้ำลายจุด พบการอุดตันและการตีบ ของมดลูกพบซึ่งนำไปสู่ ภาวะ เป็นหมัน^{[ 9 ]}หากสัมผัสกับซีโนเอสโตรเจน เช่น PCBs พบว่าปลาตัวผู้ยังผลิตวิเทลโลเจนินได้ อีกด้วย ^{[ 8 ]}วิเทลโลเจนินเป็นโปรตีนในไข่ที่ปลาตัวเมียผลิตตามปกติ แต่โดยปกติจะไม่พบในปลาตัวผู้ ยกเว้นในความเข้มข้นต่ำมาก^{[ 8 ]}ซึ่งมักใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับ EDC ^{[ 8 ]}

สารก่อมะเร็งหมายถึง สารใดๆ ที่ทำให้เกิดมะเร็งกลไกการออกฤทธิ์ของสารก่อมะเร็งมีความซับซ้อน เนื่องจากกลไกการออกฤทธิ์ที่แตกต่างกันของสารก่อมะเร็งแต่ละชนิด ด้วยลักษณะที่ซับซ้อนนี้ สารก่อมะเร็งจึงถูกแบ่งออกเป็นสารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ของยีน และสารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ของยีน

ผลกระทบของสารก่อมะเร็งส่วนใหญ่มักเกี่ยวข้องกับการสัมผัสของมนุษย์ แต่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมไม่ใช่เพียงชนิดเดียวที่อาจได้รับผลกระทบจากสารพิษที่ก่อให้เกิดมะเร็ง^{[ 10 ]} การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่ามะเร็งสามารถเกิดขึ้นได้ในปลาเช่นกัน^{[ 10 ]}เนื้องอกที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อเยื่อบุผิวเช่นตับทางเดินอาหาร และตับอ่อนมีความเชื่อมโยงกับสารพิษในสิ่งแวดล้อมต่างๆ^{[ 10 ]}สารก่อมะเร็งมักมุ่งเป้าไปที่ตับในปลาและทำให้เกิดรอยโรคในเซลล์ตับและท่อน้ำดี^{[ 10 ]}

สารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมจะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับ DNA และสารพันธุกรรม หรือโดยอ้อมผ่านเมตาบอไลต์ที่ทำปฏิกิริยา^{[ 11 ]}สารพิษ เช่นPAHอาจเป็นสารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ^{[ 10 ] [ 12 ]} PAH แพร่กระจายไปทั่วสิ่งแวดล้อมผ่านการเผาไหม้ถ่านหิน ไม้ หรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่ไม่สมบูรณ์^{[ 12 ]}แม้ว่า PAH จะไม่สะสมในเนื้อเยื่อของสัตว์มีกระดูกสันหลัง แต่การศึกษาหลายชิ้นได้ยืนยันว่าสารประกอบ PAH บางชนิด เช่นเบนโซ(a)ไพรีนเบนซ์(a)แอนทราซีนและเบนโซฟลูออแรนทีนสามารถเข้าสู่ร่างกายได้และเป็นสาเหตุของโรค ตับ เช่น มะเร็งในประชากรปลาในธรรมชาติ^{[ 12 ]}กลไกการออกฤทธิ์อย่างหนึ่งของสารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม ได้แก่ การสร้างสารประกอบ DNAเมื่อสารประกอบ PAH เข้าสู่สิ่งมีชีวิต มันจะถูกเผาผลาญและพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ

กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพสามารถกระตุ้นสารประกอบ PAH และเปลี่ยนให้เป็นไดออลอีพอกไซด์ ซึ่งเป็นสารตัวกลางที่มีปฏิกิริยา สูงมาก ไดออลอีพอกไซด์เหล่านี้จะจับกับคู่เบส ของ DNA โดย ส่วนใหญ่จะจับกับกัวนีนและอะดีนีนเพื่อสร้างสารประกอบที่เสถียรภายในโครงสร้าง DNA การจับกันของไดออลอีพอกไซด์และคู่เบสของ DNA จะขัดขวาง การทำงานของเอนไซม์ พอลิเมอเรสในการจำลองแบบ DNA การขัดขวางนี้ในที่สุดจะนำไปสู่ความเสียหายของ DNA ที่เพิ่มขึ้นโดยการลดกิจกรรมการซ่อมแซม

เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้ สารประกอบ PAH จึงเชื่อว่ามีบทบาทในการเริ่มต้นและระยะส่งเสริมการเกิดมะเร็ง ในระยะแรก ปลาที่สัมผัสกับ PAH จะเกิด รอยโรคในตับหลายชนิดซึ่งบางชนิดมีลักษณะเฉพาะของการเกิดมะเร็งตับ^{[ 12 ]}

สารก่อมะเร็ง ที่ไม่ก่อให้เกิดพิษต่อยีน หรือ สารก่อ มะเร็งแบบเอพิเจเนติกนั้น แตกต่างและคลุมเครือกว่าสารก่อมะเร็งที่ก่อให้เกิดพิษต่อยีนเล็กน้อย เนื่องจากสารเหล่านี้ไม่ได้ก่อให้เกิดมะเร็งโดยตรง สารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดพิษต่อยีนจะออกฤทธิ์โดยกลไกทุติยภูมิที่ไม่ทำลายยีนโดยตรง การก่อมะเร็งประเภทนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงลำดับของ DNA แต่จะเปลี่ยนแปลงการแสดงออกหรือการยับยั้งยีนบางชนิดโดยกระบวนการของเซลล์ที่หลากหลาย^{[ 11 ]}เนื่องจากสารพิษเหล่านี้ไม่ได้ออกฤทธิ์ต่อ DNA โดยตรง จึงยังไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับกลไกการทำงาน^{[ 10 ]}มีการเสนอว่าการปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนจากสารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดพิษต่อยีนสามารถเกิดขึ้นได้จากความเครียดออกซิเดชันการ เพิ่มจำนวนของเพอร์ออกซิโซม การยับยั้ง อะพอพโทซิส การเปลี่ยนแปลงการสื่อสารระหว่างเซลล์ และการปรับเปลี่ยนเอนไซม์เมตาบอลิซึม^{[ 11 ]}

คาร์บอนเตตระคลอไรด์ เป็นตัวอย่างของสารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ในสัตว์มีกระดูกสันหลังในน้ำ ในอดีต คาร์บอนเตตระคลอไรด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตยา การกลั่นปิโตรเลียม และเป็นตัวทำละลายในอุตสาหกรรม^{[ 13 ]}เนื่องจากการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายและการปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม คาร์บอนเตตระคลอไรด์จึงถูกพบในน้ำดื่ม และด้วยเหตุนี้จึงกลายเป็นความกังวลสำหรับสิ่งมีชีวิตในน้ำ^{[ 14 ]}เนื่องจาก คุณสมบัติ ที่เป็นพิษต่อตับ สูง คาร์บอนเตตระคลอไรด์จึงอาจเชื่อมโยงกับมะเร็งตับได้ การศึกษาเกี่ยวกับมะเร็งในเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนเตตระคลอไรด์อาจทำให้เกิดเนื้องอกในตับ ทั้ง ชนิดที่ไม่ร้ายแรงและร้ายแรงใน ปลา เท ราต์ สายรุ้ง^{[ 13 ] [ 14 ]}คาร์บอนเตตระคลอไรด์ทำงานเป็นสารก่อมะเร็งที่ไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์โดยการสร้างอนุมูลอิสระซึ่งกระตุ้นให้เกิดความเครียดจากออกซิเดชัน^{[ 12 ]}มีการเสนอว่าเมื่อคาร์บอนเตตระคลอไรด์เข้าสู่ร่างกาย มันจะถูกเมตาบอไลซ์เป็นไตรคลอโรเมทิลและไตรคลอโรเมทิลเปอร์ออกซีแรดิคัลโดยเอนไซม์CYP2E1 [ ^{12 ] [ 15 ] ไตร}คลอโรเมทิลเปอร์ออกซีแรดิคัลที่มีปฏิกิริยามากกว่า สามารถโจมตีกรดไขมันไม่อิ่มตัวหลายตำแหน่งในเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อสร้างอนุมูลอิสระของกรดไขมัน และเริ่มต้นการเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันของไขมัน^{[ 15 ]}การโจมตีเยื่อหุ้มเซลล์จะเพิ่มการซึมผ่าน ทำให้เอนไซม์รั่วไหลและรบกวนสมดุล แคลเซียมในเซลล์ ^{[ 15 ]}การสูญเสียสมดุลแคลเซียมนี้จะกระตุ้นเอนไซม์ย่อยสลาย ที่ขึ้นอยู่กับแคลเซียม และความเป็นพิษต่อเซลล์ ทำให้เกิดความเสียหายต่อตับ^{[ 15 ]}การเปลี่ยนแปลงการสร้างใหม่และการแพร่กระจายที่เกิดขึ้นในตับในช่วงเวลานี้อาจเพิ่มความถี่ของความเสียหายทางพันธุกรรม ส่งผลให้มีโอกาสเกิดมะเร็งเพิ่มขึ้น^{[ 15 ]}

พลศาสตร์พิษวิทยา (Toxicodynamics) สามารถนำมาใช้ร่วมกับจลนศาสตร์พิษวิทยา (Toxicokinetics) ในการประเมินความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อกำหนดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการปล่อยสารพิษสู่สิ่งแวดล้อม วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการนำหลักการนี้มาใช้คือแบบจำลอง TKTD (Toxic Toxic Dynamics)

ทั้งพิษจลนพลศาสตร์และพิษวิทยาได้รับการอธิบายแล้ว และจากการใช้คำจำกัดความเหล่านี้จึงได้สร้างแบบจำลองขึ้น โดยจำลอง ความเข้มข้นภายใน (TK) และความเสียหาย (TD) ในการตอบสนองต่อการสัมผัส TK และ TD ถูกแยกออกจากกันในแบบจำลองเพื่อให้สามารถระบุคุณสมบัติของสารพิษที่กำหนด TK และคุณสมบัติที่กำหนด TD ได้ ในการใช้แบบจำลองประเภทนี้ จำเป็นต้องได้รับค่า พารามิเตอร์สำหรับกระบวนการ TK ก่อน ประการที่สอง จำเป็นต้องประมาณค่าพารามิเตอร์ TD ทั้งสองขั้นตอนนี้ต้องการฐานข้อมูลขนาดใหญ่ของข้อมูลความเป็นพิษสำหรับการกำหนดพารามิเตอร์หลังจากกำหนดค่าพารามิเตอร์ทั้งหมดสำหรับแบบจำลอง TKTD แล้ว และใช้ข้อควรระวังทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน แบบจำลองนี้สามารถใช้เพื่อทำนายผลกระทบที่เป็นพิษ คำนวณเวลาการฟื้นตัวของสิ่งมีชีวิต หรือสร้างการคาดการณ์จากแบบจำลองไปยังความเป็นพิษของสารพิษและสายพันธุ์ที่ยังไม่ได้ทดสอบ^{[ 16 ] [ 17 ]}

มีการโต้แย้งว่าความท้าทายในปัจจุบันที่เผชิญกับการประเมินความเสี่ยงสามารถแก้ไขได้ด้วยการสร้างแบบจำลอง TKTD ^{[ 16 ]} แบบจำลอง TKTD ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อปัจจัยหลายประการ ประการหนึ่งคือการขาดการพิจารณาเวลาเป็นปัจจัยในการประเมินความเป็นพิษและความเสี่ยง แบบจำลอง TKTD ที่พัฒนาขึ้นในช่วงแรกๆ เช่น แบบจำลอง Critical Body Residue (CBR) และแบบจำลอง Critical Target Occupation (CTO) ได้พิจารณาเวลาเป็นปัจจัย แต่มีข้อวิจารณ์ว่าแบบจำลองเหล่านี้เหมาะสำหรับสถานการณ์เฉพาะเจาะจงมาก เช่น สารพิษที่ออกฤทธิ์ย้อนกลับได้หรือสารพิษที่ออกฤทธิ์ย้อนกลับไม่ได้ การขยายความเพิ่มเติมจากแบบจำลอง CTO และ CBR คือDEBtoxซึ่งสามารถจำลองจุดสิ้นสุดที่ไม่ถึงแก่ชีวิต และเวอร์ชันอันตรายของ CTO ซึ่งคำนึงถึง การตาย แบบสุ่มแทนที่จะเป็นความทนทานของ แต่ละบุคคล ^{[ 18 ]} อีกก้าวสำคัญในการพัฒนาแบบจำลอง TKTD คือการรวมตัวแปรสถานะสำหรับความเสียหาย โดยการใช้ความเสียหายเป็นตัวแปรสถานะทางพิษวิทยา การสร้างแบบจำลองอัตราการฟื้นตัวระดับกลางสามารถทำได้สำหรับสารพิษที่ออกฤทธิ์ย้อนกลับกับเป้าหมาย โดยไม่ต้องตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการฟื้นตัวทันที (แบบจำลอง CBR) หรือปฏิสัมพันธ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ (แบบจำลอง CTO) แบบจำลอง TKTD ที่รวมความเสียหายไว้ด้วย ได้แก่ แบบจำลองการประเมินความเสียหาย (DAM) และแบบจำลองความเสียหายเกณฑ์ (TDM) ^{[ 16 ] [ 18 ]}สำหรับสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นจุดสิ้นสุด ที่ตรงไปตรงมา มีแนวทาง TKTD ที่แตกต่างกันมากมาย การทบทวนสมมติฐานและสมมติฐานของแต่ละแบบได้รับการตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ในการสร้างแบบจำลองเกณฑ์การอยู่รอดแบบรวมทั่วไป (GUTS) ^{[ 18 ]}

ตามที่อ้างอิงไว้ข้างต้น โมเดล TKTD มีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับโมเดลแบบดั้งเดิมสำหรับการประเมินความเสี่ยง ข้อดีหลักของการใช้โมเดล TKTD คือ: ^{[ 16 ]}

• ผลกระทบจากการสัมผัสที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาหรือการสัมผัส ซ้ำๆ สามารถอธิบายและจำลองได้ด้วยแบบจำลอง TKTD
• สามารถจำลองพิษสะสมรวมถึงผลกระทบที่ล่าช้าได้ ไม่ว่าพิษสะสมจะเกิดจาก TK หรือ TD หรือทั้งสองอย่างก็ตาม^{[ 19 ]}ด้วยวิธีนี้ โมเดล TKTD สามารถวัดปริมาณความเสี่ยงจากการสัมผัสแบบเป็นจังหวะหรือผันผวนได้
• ระยะเวลาการฟื้นตัวของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของ TK และ TD ซึ่งทำให้แบบจำลอง TKTD เหมาะสำหรับการคำนวณระยะเวลาการฟื้นตัวของสิ่งมีชีวิต
• แบบจำลอง TKTD มีศักยภาพในการทำนายผลกระทบของส่วนผสม ซึ่งรวมถึงปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อมและทางเคมี และยังสามารถใช้เป็นการคาดการณ์ตามกลไกสำหรับสารพิษที่ยังไม่ได้ทดสอบหรือสายพันธุ์ที่ยังไม่ได้ทดสอบได้อีกด้วย^{[ 20 ]}
• การเชื่อมโยงแบบจำลอง TKTD กับแบบจำลองตามแต่ละบุคคล (Individual Based Models : IBM) อาจช่วยปรับปรุงการประเมินความเสี่ยงของสารพิษโดยการจำลอง ทั้งด้าน เวลาและด้านนิเวศวิทยา

เนื่องจากข้อดีของแบบจำลอง TKTD อาจมีประสิทธิภาพมากกว่า แบบจำลอง การตอบสนองต่อปริมาณยา แบบดั้งเดิม เนื่องจากมีการรวมความเข้มข้น ของสารเคมี และมิติเวลา เข้าไว้ด้วย ^{[ 16 ]} การสร้างแบบจำลองพิษวิทยา (เช่น แบบจำลอง TKTD) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการวิจัยทางพิษวิทยา โดยมีโอกาสเพิ่มมากขึ้นในการใช้ผลลัพธ์เหล่านี้ในการประเมินความเสี่ยง เพื่อให้สามารถประเมินความเสี่ยงตามหลักวิทยาศาสตร์ได้มากขึ้น ซึ่งมีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าการทดสอบในสัตว์[ ^{21 ] โดย} รวมแล้ว แบบจำลองประเภทนี้สามารถสร้างความรู้เกี่ยวกับความเป็นพิษของสารพิษและความไว ของสิ่งมีชีวิต สร้างสมมติฐานใหม่ และจำลองลักษณะเชิงเวลาของความเป็นพิษ ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการประเมินความเสี่ยง^{[ 16 ] [ 18 ]}

• พิษวิทยาทางนิเวศวิทยา