目的：探讨饮水砷浓度与人群肝癌发生风险的关系，建立剂量-反应关系数学模型，并以此评价饮水砷浓度的肝癌发生风险和饮水砷卫生标准的合理性；探讨砷对动物肝脏损伤的基准剂量，建立砷致动物肝脏损伤的剂量-效应关系数学模型，并筛选砷致肝脏损伤的有效指标，为砷致肝损伤的诊断、预防提供科学依据；探讨无机砷对正常人Chang Liver细胞存活率以及凋亡率的影响，观察砷对抗氧化酶的影响，以及砷对HGF、Bax基因RNA表达的影响，建立无机砷对体外培养正常肝细胞损伤的时间-剂量-反应(效应)关系数学模型，并为进一步深入探讨砷至肝损伤的发病机制提供科学依据。方法：采用Meta回归法，对不同研究提取的肝癌与水砷浓度的剂量-反应关系斜率系数进行合并，建立基于多个独立研究的水砷浓度与剂量-反应关系数学模型；采用整体动物实验对不同剂量（0、0.075、0.110、0.150、0.250、0.300、0.375、0.500、0.750、1.500mg/kg·w）砷对家兔进行肝脏毒性实验；采用不同浓度（0.2、2、5、10、15、20、25、50、75、100μmol/L）亚砷酸钠(NaAsO2)和砷酸钠对正常人ChangLiver细胞（24h、48h、72h、96h）进行砷致肝细胞毒性实验，采用酶联免疫吸附法测定动物血清中ALT、AST及γ-GT活力，HA、TBA含量，及肝组织中TNF-α、IL-6、TIMP-1、MMP-8含量，采用MTT还原法检测Chang Liver细胞存活率；细胞凋亡采用流式细胞术检测；微量酶标法检测微量还原型谷胱甘肽（GSH）的含量；可见光法检测过氧化氢酶（CAT）的活力；WST-1法检测超氧化物歧化酶（SOD）的活力；比色法检测谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）的活力；Real-time PCR法检测家兔肝脏TIMP-1、TIMP-2、MMP-8及Chang Liver细胞HGF和Bax mRNA的表达，采用Curve Estimate进行砷对家兔肝脏损伤的剂量-效应关系数学模型拟合，采用三维建模法建立砷对Chang Liver细胞作用的时间-剂量-效应模型。结果：1）饮水砷暴露浓度与肝癌危险度的剂量-反应关系可表示为：lnRR0.00137X。最佳斜率系数为5×10-6，基于上限计算得出的最大斜率因子为8×10-6。肝癌风险达到1×10-5时水砷的暴露量为1.25μg/kg/day；亚组分析男性剂量-反应关系最佳斜率系数为1×10-5，基于上限计算得出的最大斜率因子为5×10-6；女性剂量-反应关系最佳斜率系数为1×10-5，基于上限计算得出的最大斜率因子为5×10-6。男性AR达到10-6时砷浓度大概在2μg/L左右；男性肝癌发生剂量低于女性。肝癌风险为1/10万时饮用砷浓度为45μg/L，其中男性肝癌风险为1/10万时饮用砷浓度为20μg/L，女性肝癌风险为1/10万时饮用砷浓度为103μg/L。2）家兔尿中总砷含量随染砷剂量的增加而增加，剂量达0.5mg/(kg.w)及以上时尿砷含量与0剂量组差别具有统计学意义，(P<0.05)，除0.5mg/(kg.w)剂量组外均为DMA>MMA>iAsⅢ>iAsⅤ，0.5mg/(kg.w)剂量组尿砷中形态分布为DMA>MMA> iAsⅤ>iAsⅢ；肝脏总砷含量随染砷剂量的增加而增加，剂量达0.11mg/(kg.w)及以上时肝脏总砷含量与0mg/(kg.w)组差别具有统计学意义(P<0.05)，且染砷动物肝脏砷中形态分布变化较大，但未发现具体规律；0.11mg/(kg.w)及以上剂量的砷暴露可出现砷致肝损伤；各染毒剂量组血清ALT活性、AST活性、TBA含量、HA含量及肝脏TIMP-1含量、MMP-8含量不同，差异有统计学意义（P<0.05）；各染毒剂量组血清γ-GT活性水平无统计学差异（P>0.05）。相关分析血清中AST、ALT、γ-GT活力及TBA含量与染毒剂量呈正相关关系（P均<0.01）；血清AST、ALT、γ-GT活力及TBA含量与肝脏病理评分呈正相关关系（P均<0.05）；各染毒剂量组肝脏TNF-α含量、IL-6活性不同（P<0.05），IL-6、TNF-α、HA、TIMP-1含量与暴露剂量呈正相关关系，与肝脏病理评分呈正相关关系（P均<0.01）。MMP-8与暴露剂量呈负相关关系（P<0.05），经多元线性回归逐步回归分析发现AST、TBA、MMP-8、IL-6、TNF-α均可作为砷致肝损伤的检测效应标志。不同剂量组的TIMP-1、 TIMP-2表达、TGF-β1不同（P<0.05），TIMP-1、TIMP-2以及TGF-β1的基因表达水平均呈上升的趋势；外暴露剂量与内暴露剂量的剂量-反应关系最优模型为Quadratic模型；外暴露剂量与生物有效剂量、内暴露剂量与生物有效剂量、以肝脏砷含量与病理评分剂量-反应最优模型为Logarithmic模型；砷致肝损伤的BMD为每日0.0607mg/(kg.w)，BMDL为每日0.0441mg/(kg.w)。3）染毒72h，不同浓度组细胞内砷含量不同（P<0.05）；与对照组相比较，随着砷染毒剂量的升高，染毒组存活率低于对照组，存在一定的时间-剂量依赖性（P＜0.05）；染毒组细胞凋亡率随着砷染毒剂量的升高而升高（P＜0.05）；iAsⅢ、 iAsⅤ染毒Chang liver细胞GSH含量、GSH-Px活力均表现出低剂量增高现象，并随染毒时间的延长、剂量的增加而降低（P＜0.05），SOD、CAT活力则表现为随时间延长、剂量增加而降低；iAsⅢ、iAsⅤ染毒细胞Bax mRNA表达升高（P＜0.05），HGF mRNA表达降低（P＜0.05）；三维时间-剂量-效应数学模型，拟合结果发现砷对细胞存活率、凋亡率、GSH含量、GSH-Px，SOD活力的时间-剂量效应最优数模型均为三维泰勒多项式模型。结论：饮水砷浓度与人群肝癌发生风险之间存在着正向的剂量-反应关系，现行饮水砷卫生标准10μg/L，在预防砷致肝癌风险的前提下是合理可行的；砷可致家兔出现肝损伤，并存在剂量-效应关系，不同指标剂量-效应关系最优模型不同，基于实验兔肝脏损伤外推的参考剂量，可认为现行卫生标准合理可行的；砷可通过细胞膜进入肝细胞内，使细胞内砷浓度升高，iAsⅢ的细胞毒性高于iAsⅤ。iAsⅢ和iAsⅤ可诱导Chang Liver细胞凋亡并降低细胞存活率，通过抑制HGFmRNA表达从而阻断细胞的损伤修复，并抑制细胞增殖；通过调节抗氧化酶水平，表现出低剂量刺激作用和高剂量毒性作用；iAs对细胞的时间-剂量效应模型符合广义线性模型，在毒物作用研究中三维时间-剂量-效应数学模型具有广阔的的应用前景。