砷是一种类金属元素，在自然水体中主要以iAs3+、iAs5+的形式存在。砷对健康的影响具有多样性，能使体内很多重要酶的活性以及细胞的呼吸、分裂和增殖受到严重干扰。不同价态的无机砷毒性也不相同，三价砷进入细胞的能力比五价砷强，而且其毒性亦比五价砷强35～60倍。摄入体内的砷通过氧化还原和甲基化作用，转化为多种甲基化代谢产物，主要是一甲基胂酸（MMA）和二甲基胂酸（DMA）。当砷摄入超过排泄时，即在人体内蓄积，引起慢性砷中毒，潜伏期几年至几十年。慢性砷中毒是一种全身性疾病，摄入体内的砷可经血液迅速分布至全身，皮肤、心脏、肝脏、肺脏、肾脏、脑等均可受累，可造成机体多系统、多脏器的损伤，严重者可诱发癌症。目前全球17个国家上亿人口正面临严峻的砷中毒威胁，砷污染导致的以皮肤和内脏疾病为主的健康危害已在全世界范围内受到广泛关注。　　 目前，慢性砷中毒以及砷致癌的机制还不清楚，砷在体内的代谢和砷代谢产物对机体作用的机制及其与慢性砷中毒以及砷致癌机制的关系已成为目前的研究热点。本课题采用多种研究技术和方法，探讨了环境中不同价态砷进入体内后的代谢、砷代谢产物的种类和分布、各实验组生化指标和甲基化代谢指标间的差异，及毒物代谢动力学参数间的差异，为揭示不同价态砷的代谢和毒作用机制奠定科学基础。　　 目的：本研究初步探讨不同价态砷染毒后大鼠体内砷的代谢特征、变化趋势及其机制。通过测定不同价态，不同剂量砷剂染毒后组织器官中不同砷代谢产物含量、形态及比例，为砷中毒的机制研究提供更科学的基础资料。其次，观察不同价态，不同剂量的砷剂染毒后，体内不同砷代谢产物的比例间和甲基化代谢指标 PMI和SMI间的差异。同时描述它们随染毒时间和染毒剂量的变化趋势，为进一步阐明亚慢性染砷毒物体内代谢规律奠定基础。同时，通过对砷代谢相关生化指标的的分析，包括部分氧化还原和甲基化代谢指标，揭示砷的不同形态与相关生化指标的相关性，为进一步探讨砷中毒的致病机理提供依据。最后，通过不同价态砷染毒后血清中三价砷和五价砷的毒物代谢动力学的研究及人工神经网络模型的建立，探索不同价态砷的毒物代谢动力学参数间的差异，有助于进一步阐明砷体内代谢及毒作用机制。　　 方法：选用 Wistar大鼠70只，随机分为对照组，iAs3+低、中、高剂量组，iAs5+低、中、高剂量组，共7组。按照卫生毒理学设计要求，以LD50的1/5、1/15和1/45分别确定亚砷酸钠和砷酸钠的高、中、低染毒剂量。采用自由饮水法染毒，连续染毒90d。于染毒每30d采集一次血样和尿样，于染毒90d处死动物，收集肝脏、肾脏和脑组织。1）探讨有机溶剂萃取等前处理方法，并通过过滤，离心等预处理方法，结合高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱法（HPLC-HGAFS），研究不同生物样品中砷形态代谢产物的分离和定量分析方法，并通过二甲砷酸（DMA）或一甲砷酸（MMA）加标回收率测定来评价结果准确度，并考察方法的精密度。2）采用本研究建立的HPLC-HGAFS法测定各组染砷大鼠尿液，血样及部分脏器中砷形态的含量，比较不同价态各剂量组间的砷形态含量、砷形态产物在不同靶器官的分布及其所占比例变化趋势和甲基化代谢指标PMI和SMI。3）采用紫外分光光度法测定血、肝、肾、脑中GST活力，双抗体夹心法测GAPDH含量，酶联免疫吸附法测定糖酵解酶和甲基转移酶活力。4）通过人工神经网络技术和毒物代谢动力学研究方法，探讨染砷大鼠人工神经网络预测模型的建立，并预测不同染毒时刻的砷代谢产物含量用于砷毒物代谢动力学研究，并比较不同价态砷染毒后血清中三价砷组和五价砷组的毒物代谢动力学参数间的差异。　　 结果：1）本研究建立的HPLC-HG-AFS联用方法具有良好的线性关系，尿样分析的相关系数均大于0.98。灵敏度高、回收率高、平均加标回收率在94.8%～108.4%之间；检出限低，iAS3+、iAS5+和DMA的最低检出浓度分别为12.03、6.67和8.66μg/L，且结果准确。血样分析的相关系数均大于0.99，平均加标回收率在91.8%～108.0%之间；而肝脏、肾脏和脑组织砷形态分析方法的平均加标回收率分别在97.8%～106.5%、94.5%～102.2%和98.2%～103.0%之间。通过比较三种砷形态分析样品前处理方法ASE、SON和HCl法后，确定ASE法的提取效率较高。　　 2）在尿中，总砷变化趋势上，砷酸钠高、中剂量组分别在雌雄大鼠出现与亚砷酸钠各组不同的变化趋势。在染毒第三个月雌雄性大鼠中（表17和18中），不同价态砷各剂量组均是DMA所占比例最大，且砷酸钠组的DMA水平高于亚砷酸钠组（P＜0.05），且砷酸钠组的MMA水平低于亚砷酸钠组（P＜0.05）；在染毒雌性和雌性大鼠中，大部分亚砷酸钠染毒组的PMI和SMI要小于砷酸钠染毒组（P＜0.05）。血液中，砷酸钠低剂量组在雌性大鼠和亚砷酸钠中剂量组在雄性分别出现与其它各组不同的变化趋势，雌雄大鼠在血液总砷的变化趋势上存在不同。在染毒3月后雌性大鼠血液中（表23中），砷酸钠高剂量组iAS3+所占比例显著大于亚砷酸钠组，P＜0.05；而砷酸钠中、低剂量组DMA所占比例显著大于亚砷酸钠组，P＜0.05；砷酸钠中、低剂量组PMI和SMI要大于亚砷酸钠同一剂量组，P＜0.05。脏器中，亚砷酸钠染毒组在脑组织和肾脏的总砷水平要大于肝脏，而砷酸钠组总砷水平都是肝脏＞肾脏＞脑组织。雌雄性大鼠亚砷酸钠各剂量组肝脏和肾脏中的iAS3+和MMA比例都较砷酸钠组高；而肝脏和肾脏中DMA的比例较砷酸钠组低（P均＜0.05）；除低剂量组外，亚砷酸钠各剂量组脑组织中的iAS3+比例都较砷酸钠各剂量组低；但亚砷酸钠各剂量组脑组织中的DMA比例都较砷酸钠各剂量组高（P均＜0.05）；在肝脏基本是亚砷酸钠各剂量组的PMI和SMI要小于砷酸钠各剂量组，P＜0.05。　　 3）iAs3+和iAs5+均可降低大鼠脏器中GST活力（P＜0.05），且随着染砷剂量的增加，iAs3+组呈下降的趋势，iAs5+高剂量组低于中剂量组的活力，但差别无统计学意义（P＞0.05），相同剂量iAs3+组和iAs5+组的差别无统计学意义（P＞0.05）。iAs3+和iAs5+均可升高大鼠脏器中GAPDH含量，相同剂量iAs3+组GAPDH含量低于iAs5+组（P＜0.05）；As3+高剂量组糖酵解酶含量与其他各组之间的差异均有统计学意义（P均＜0.05），As5+高剂量组糖酵解酶含量与As3+高剂量组、As3+低剂量组、As5+中剂量组之间的差异有统计学意义（P均＜0.05）。iAs3+和iAs5+均可增加大鼠脏器中甲基转移酶的活力（P＜0.05），且随剂量增加有升高趋势，相同剂量iAs3+组低于iAs5+组（P＜0.05）；经相关分析肝脏和肾脏中甲基转移酶的活力与DMA含量成正相关（P＜0.01）；肝脏、脑、肾脏中甲基转移酶活力与MMA含量成正相关（P＜0.01）。　　 4）本文建立的人工神经网络模型在训练精度目标为0.01时，可将均方误差控制在800（μg/L）2以内。染毒大鼠体内的主要毒物代谢动力学参数Ka，t1/2（ka），Tpeak，Cmax，AUC，CL和V，在砷酸钠和亚砷酸钠同一剂量组间比较，差异均有统计学意义（P均＜0.05）。雌雄大鼠间在砷的吸收和排泄上存在差异，且雌雄染砷低剂量组在参数Vd，Cmax，AUC，CL上均有统计学意义（P均＜0.05）。　　 结论：1）ASE法用于脏器中砷形态代谢产物的提取效率较高，效果较好；ASE法可用于脏器样品中砷形态的分析。建立了尿样、血样和脏器样品中砷形态的定量分析、预处理、提取或萃取方法，大大提高了砷形态分析的准确度和精密度。相应结果较为满意。　　 2）砷酸钠和亚砷酸钠在体内氧化还原和甲基化代谢及排泄环节上存在差异。尿液中，亚砷酸钠高、中剂量染毒后在体内甲基化代谢产物蓄积能力可能大于砷酸钠，而亚砷酸钠低剂量染毒时体内甲基化代谢产物蓄积能力要小于砷酸钠。血液中，砷酸钠在中、低剂量染毒时体内以甲基化代谢为主，血液毒性大于亚砷酸钠；而亚砷酸钠是在高剂量染毒时，甲基化能力较强，血液毒性大于砷酸钠。脏器中，五价砷染毒脑组织中还原代谢和一甲基化代谢能力大于三价砷，五价砷在脑组织主要以一甲基化代谢为主；而三价砷在脑组织中二甲基化代谢能力强于五价砷。砷酸钠在肝脏砷甲基化代谢能力大于亚砷酸钠，砷酸钠表现为肝脏毒性大于亚砷酸钠，且砷酸钠在肝脏的蓄积能力要大于亚砷酸钠。亚砷酸钠染毒雄性大鼠肾脏中的总砷水平要大于肝脏，显然肾脏也是砷甲基化的主要场所；但总体上砷酸钠的肾脏毒性要大于亚砷酸钠。　　 3）iAs5+组GAPDH的含量均大于iAs3+组。五价砷可以通过抑制糖酵解过程，而三价砷通过促进糖酵解过程，从而导致大鼠代谢系统和功能的紊乱，进而发挥不同的毒作用。在体内还原或抗氧化酶GST活力这个指标上，相同剂量iAs3+组与iAs5+组无明显差异。iAs5+组各脏器中甲基转移酶活力均大于同一剂量iAs3+组。除脑中DMA外，不同脏器中甲基转移酶的活力和其所含DMA、MMA的含量成正相关。　　 4）本文建立的人工神经网络模型可以通过染毒时间来预测各剂量染毒大鼠体内砷代谢产物的含量水平。亚砷酸钠和砷酸钠比较，中剂量组的亚砷酸钠比砷酸钠更易被细胞和组织吸收，血中砷的浓度较低；但高剂量组的砷酸钠反而比亚砷酸钠更易被细胞和组织吸收。砷酸钠和亚砷酸钠均表现为高剂量砷吸收较快，低剂量的砷吸收较慢。高、低剂量组的排泄时间都要大于中剂量组。雌雄间比较，在血液清除指标，和代谢动力学特征上有差异。