砷是一种重要的地壳组成元素,主要以无机化合物的形式存在于岩石中,可通过岩石风化和水的溶蚀,逐渐进入水生环境和土壤环境,也有少量砷散布在空气中。人体主要通过饮用富含亚砷酸钠的地下水造成砷的蓄积。目前,全球饮用高砷水的人口已有2亿,而我国大陆地区饮用高砷水的人口已超过300万。长期砷暴露诱发癌性病变和非癌性病变等多种疾病,可累及皮肤、心脏、肺、膀胱和胰岛等多个器官。除了以上毒性作用外,新近研究发现,砷可能对学习记忆的能力产生影响。大量流行病研究证实砷可以改变儿童脑功能,导致智力发育障碍,出现如运功、认知、心理、感觉和语言等功能的障碍。体外研究也发现砷可以影响学习记忆相关的离子通道,干扰细胞长时程增强等重要功能。由于流行病学研究无法确定因果关系,而体外研究结果不易外推到人体,因此,动物水平的砷神经毒性研究对于进一步探讨砷中毒的发病机制和预防砷中毒的发生都具有重要的意义。人类的记忆理论上可以分为不同的记忆模块,其中,情节记忆是最基础的,也是最简单的一个模块。啮齿类动物的空间记忆一般用于模拟人类的情节记忆。海马在情节记忆形成过程中起着至关重要的作用,而其突触的可塑性是这一作用的基础。研究已证实大鼠苔状纤维的可塑性与其空间记忆的能力密切相关。本研究旨在建立亚慢性砷中毒的动物模型,通过水迷宫和Y迷宫检测砷对空间记忆能力的影响并探讨其对海马突触可塑性的影响,为进一步研究阐明砷的神经毒性作用提供依据。目的:通过饮水暴露,建立亚慢性砷中毒的动物模型,观察亚慢性砷暴露对大鼠空间记忆能力的影响,并进一步探讨砷对海马神经元的损伤程度及对苔状纤维可塑性的影响。方法:1.60只断乳的SD雄性大鼠随机分为三组:对照组,低剂量组(10mg/kg),高剂量组(15mg/kg)。通过亚砷酸钠饮水暴露3个月,建立亚慢性砷中毒的动物模型,使用原子荧光分光光度计检测大鼠血砷浓度和脑砷含量。2.迷宫实验检测空间记忆能力:水迷宫检测大鼠的空间参考记忆,Y迷宫检测大鼠的空间工作记忆。3.电子显微镜观察海马神经元髓鞘超微结构的变化;Timm’s染色观察苔状纤维的可塑性。结果:1.通过饮水暴露亚砷酸钠成功建立大鼠亚慢性砷中毒的动物模型,原子荧光分光光度计检测发现血砷浓度和脑砷含量都随染砷剂量呈剂量依赖性增加(P <0.05)。2.平台隐蔽实验结果显示高剂量组大鼠到达平台的潜伏期与对照组相比明显增长(P<0.05);空间探索实验结果显示高剂量组大鼠在第一象限的停留时间相比于对照组明显短(P <0.05);平台倒置实验结果显示大鼠到达平台的潜伏期在各组间没有明显差别(P >0.05);Y迷宫实验显示高剂量组大鼠的完成任务的正确率明显低于对照组(P <0.05)。3.电子显微镜观察发现神经元髓鞘疏松,突触内线粒体破损;Timm’s染色显示高剂量组大鼠海马CA3区多形层(起始层)苔状纤维末端面积相比于对照组明显减小(P <0.05)。结论:本研究通过亚砷酸钠饮水暴露成功建立亚慢性砷中毒动物模型。研究结果发现:1、砷暴露严重阻滞大鼠体重增长,造成砷在血液和脑组织中蓄积。2、砷暴露导致大鼠空间参考记忆的形成障碍,但是未影响大鼠确定平台的策略。此外,砷暴露造成大鼠空间工作记忆受损。3、砷暴露引起海马神经元髓鞘超微结构异常改变,导致苔状纤维的突触可塑性受损。研究结果提示砷暴露可能损伤海马齿状回新生神经元,从而造成海马突触可塑性受损,最终导致空间记忆的形成障碍,为进一步探讨砷的神经毒性作用机制提供了实验依据。