治療高血壓中藥中微量元素的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究

申明金曹洪斌陳 麗

（1川北醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，四川南充，637000；2南充武警醫(yī)院內(nèi)科，四川南充，637000）

治療高血壓中藥中微量元素的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究

申明金1曹洪斌1陳 麗2

（1川北醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，四川南充，637000；2南充武警醫(yī)院內(nèi)科，四川南充，637000）

目的：探討治療高血壓中藥中微量元素含量與其功效間的相關(guān)性。方法：以12種治療高血壓中藥中的微量元素為研究對(duì)象，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法中的對(duì)應(yīng)分析和聚類分析方法進(jìn)行信息解析。結(jié)果：根據(jù)中藥中的微量元素含量，做出R型、Q型因子載荷矩陣和對(duì)應(yīng)分析因子載荷平面圖，表明12種中藥分為三類。找出了與每類中藥相關(guān)性密切的元素。聚類分析結(jié)果和對(duì)應(yīng)分析分類結(jié)果一致，揭示了中藥之間的相似性和差異性。結(jié)論：化學(xué)計(jì)量學(xué)方法能揭示出中藥和微量元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，是一種很有優(yōu)勢(shì)的中藥功效分析研究方法。

治療高血壓中藥；微量元素；化學(xué)計(jì)量學(xué)；對(duì)應(yīng)分析；聚類分析

微量元素是體內(nèi)各種酶、激素、維生素等活性物質(zhì)的重要成分之一，雖然在人體內(nèi)含量不多，但有極為重要和獨(dú)特的生理功能。人體的許多疾病與微量元素的失調(diào)有關(guān)，攝入過多或缺乏都會(huì)引起各種疾病[1-2]。

化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門針對(duì)化學(xué)學(xué)科的分支，它的主要任務(wù)是對(duì)化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中包含有最大的信息量，是處理高維、廣譜、海量數(shù)據(jù)信息的有力工具，在中藥模式識(shí)別、中藥生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究中得到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。化學(xué)計(jì)量學(xué)在發(fā)展過程中結(jié)合數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)產(chǎn)生了一系列的信息解析方法。對(duì)應(yīng)分析和聚類分析就是常用的信息方法，在環(huán)境評(píng)價(jià)、醫(yī)藥研究領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。我們利用對(duì)應(yīng)分析把治療高血壓的常用12種中藥的微量元素含量與中藥樣本結(jié)合起來(lái)，揭示了中藥類型與微量元素之間的關(guān)系以及微量元素與中藥的功效相關(guān)性，用聚類分析考察了中藥之間的相似性和差異，為中藥藥效與藥理研究提供了有益的信息。

1 對(duì)應(yīng)分析原理與方法簡(jiǎn)介

對(duì)應(yīng)分析是法國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家J.P.Beozecri提出的用共同的因子軸同時(shí)表示樣品和變量的載荷，將R型和Q型因子分析統(tǒng)一起來(lái)的一種統(tǒng)計(jì)方法，詳細(xì)數(shù)學(xué)模型可參考有關(guān)文獻(xiàn)[5-6]。R型因子分析可以發(fā)掘多個(gè)變量之間隱含的相互關(guān)系，有利于變量相關(guān)性的分析[7]。Q型因子分析則是研究樣品之間的相關(guān)關(guān)系。如果用xij表示第i個(gè)中藥樣品的第j個(gè)微量元素變量值，則對(duì)于有n個(gè)樣品和m個(gè)變量的微量元素?cái)?shù)據(jù)矩陣X＝｛xij｝n×m，對(duì)應(yīng)分析的主要步驟如下：

1）將原始數(shù)據(jù)矩陣按行、列求行和xj．和列和x．．j，并求出數(shù)據(jù)矩陣的總和H。

3）進(jìn)行R型因子分析。計(jì)算矩陣ZTZ的特征根λ1＞λ2＞…λm和相應(yīng)的單位特征向量U1，U2，…，Um。由特征根的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率的大小確定因子個(gè)數(shù)k并計(jì)算R型因子載荷矩陣F。

4）進(jìn)行Q型因子分析。根據(jù)R型因子分析計(jì)算中所確定的因子個(gè)數(shù)k，計(jì)算對(duì)應(yīng)矩陣ZZT的特征向量E。E1＝ZU1，…，Ek＝ZUk，并將E單位化而得到Q型因子載荷矩陣G。

5）將R型因子分析所得因子載荷和Q型因子分析所得因子載荷在同一平面作圖并解釋。

2 12種治療高血壓中藥微量元素的對(duì)應(yīng)分析

12種中藥微量元素的含量數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[8]。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理以消除數(shù)據(jù)在數(shù)量級(jí)和量綱上的差異對(duì)分析結(jié)果的影響。對(duì)應(yīng)分析的計(jì)算程序采用MATLAB6.1語(yǔ)言編制。特征值及R型因子分析的計(jì)算結(jié)果見表2，Q型因子分析的計(jì)算結(jié)果見表3，將R型因子分析的和Q型因子分析結(jié)合起來(lái)，分別以二者的第一主因子載荷值（F1、G1）、第二主因子載荷值（F2、G2）作二因子平面載荷點(diǎn)聚圖，見圖1。

圖1 對(duì)應(yīng)分析因子和因子載荷平面點(diǎn)聚圖

3 對(duì)應(yīng)分析結(jié)果解釋

方差累計(jì)貢獻(xiàn)率的大小體現(xiàn)了因子對(duì)原始數(shù)據(jù)所含信息反映量的多少。在從表2的計(jì)算結(jié)果可知，R型因子分析中第一主因子和第二主因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)92.075 8%。其中，第一主因子的方差貢獻(xiàn)率達(dá)75.685 9%，是微量元素含量所提供的信息中占主導(dǎo)地位的一個(gè)因子，也是影響中藥藥效的主要表現(xiàn)。其載荷中系數(shù)最大的為Sr，其次為Fe和Mn；在第二主因子中Zn、Fe的載荷系數(shù)比較大，其次是Mn、Cu，這說明Sr、Fe、Mn、Cu、Zn是影響治療高血壓的12種中藥的重要元素，事實(shí)上從表1可知，這幾種微量元素的含量值都比較高。Mn、Fe在第一、第二主因子中都具有較大的載荷，表明Mn、Fe同時(shí)受控于兩個(gè)主要因子，是影響該類中藥功效的主要微量元素。

表1 12種中藥微量元素含量數(shù)據(jù)（μg/g）

表2 R型因子分析結(jié)果

表3 Q型因子分析結(jié)果

對(duì)應(yīng)分析的二因子載荷平面點(diǎn)聚圖可以提供豐富的信息：圖中互相靠近的樣品點(diǎn)群具有相似的性質(zhì)；互相靠近的變量點(diǎn)群表示變量之間的相關(guān)性較大；一個(gè)樣品點(diǎn)群可用靠近它的變量點(diǎn)群來(lái)描述。從圖1可知，12種中藥在平面點(diǎn)聚圖的縱標(biāo)軸左右兩邊聚集的情況可分為三類中藥。其中，12號(hào)（石決明）可單獨(dú)聚為第一類，該藥與微量元素Sr的關(guān)系密切，從表1可知石決明的Sr含量最高。3號(hào)（大薊）、1號(hào)（藥芹）聚為第二類，該類藥物與Fe的關(guān)系密切，具有比較高的鐵含量。其余的藥物共聚為第三類，這類藥物與Zn、Mn、Cu、V、Mo的關(guān)系密切。從圖1可看出，Mu、Cu、V、Mn點(diǎn)相距較近，說明它們之間的相關(guān)性較其他元素之間的相關(guān)性強(qiáng)。

微量元素在體內(nèi)具有重要的生理作用。Sr具有調(diào)節(jié)血壓、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈的作用[9]。Fe是血紅蛋白和肌紅蛋白的主要活性部分，微量元素鐵具有提高免疫功能，從而起到預(yù)防疾病的作用[10]。Mn能激活人體內(nèi)的多種酶，具有活血化瘀、抗衰老、抗突變的作用，缺Mn可促使膽固醇在血管壁沉積而導(dǎo)致動(dòng)脈硬化，導(dǎo)致高血壓、冠心病及腫瘤發(fā)病率增高[11-13]。Cu在血脂代謝中起重要作用，缺Cu會(huì)導(dǎo)致膽固醇升高，使血管組織失去彈性，誘發(fā)動(dòng)脈硬化[14]。Zn是機(jī)體內(nèi)200多種酶的組成成分，Zn參與蛋白質(zhì)的合成和分解，具有影響胰島素以調(diào)節(jié)血糖的作用，缺乏易患高血壓和動(dòng)脈硬化癥[15]。V在正常生理濃度下能促進(jìn)脂質(zhì)代謝，抑制膽固醇合成，減輕其誘發(fā)動(dòng)脈硬化的程度[16]。Mo在正常生理濃度下對(duì)維持心肌能量代謝有重要作用，缺鉬可引起心血管疾病[17]。

4 治療高血壓中藥中微量元素的聚類分析

聚類分析是將樣品或變量按照它們性質(zhì)上的相似程度進(jìn)行分類的一種統(tǒng)計(jì)方法，它可以將多指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類[18]。先將12種中藥的微量元素原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，應(yīng)用MATLAB6.1軟件采用平均距離方法進(jìn)行聚類，在MATLAB6.1軟件中調(diào)用Z＝linkage（Y，'average'）函數(shù)和H＝dendrogram（Z）函數(shù)進(jìn)行聚類分析并可得到聚類樹圖（圖2）。

圖2 聚類分析結(jié)果

從圖2可知，12種治療高血壓的中藥可分為三大類，其中，12號(hào)（石決明）單獨(dú)聚為第一類，3號(hào)（大薊）、1號(hào)（藥芹）聚為第二類，其余的藥物共聚為第三類，這個(gè)分類結(jié)果和對(duì)應(yīng)分析聚類結(jié)果是一致的。進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)第三類藥物中，4號(hào)（槐米）和6號(hào)（玉米絲）的相似程度比較高，5號(hào)（豬毛菜）和9號(hào)（刺蒺藜）的相似程度比較高。聚類分析的優(yōu)越性在于可以把離散的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，按照數(shù)據(jù)本身的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行合理的分類，這就大大縮小了主觀判斷造成的誤差，使數(shù)據(jù)評(píng)判結(jié)果更具客觀性。

5 結(jié)語(yǔ)

中藥的療效是其所含眾多有機(jī)成分與含微量元素協(xié)同作用的結(jié)果，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，微量元素能幫助藥物達(dá)到歸經(jīng)部位，微量元素的種類及含量對(duì)闡明傳統(tǒng)的藥理、藥效、毒理提供科學(xué)依據(jù)，為中藥的開發(fā)利用指明方向[19-20]。因此，研究中藥中微量元素的含量及其分布對(duì)進(jìn)一步研究中藥的組方、配伍和功效，開發(fā)新藥具有重要的意義?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)是解析白、灰、黑等復(fù)雜體系中多指標(biāo)信息的有力工具，適合研究中藥中微量元素所隱含的信息。將化學(xué)計(jì)量學(xué)中的對(duì)應(yīng)分析和聚類分析結(jié)合起來(lái)，能夠從不同側(cè)面解析中藥中微量元素與樣品、微量元素與微量元素之間的內(nèi)在關(guān)系，為進(jìn)一步研究微量元素與藥效提供了理論基礎(chǔ)。

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（2013-07-25收稿 責(zé)任編輯：曹柏）

Study on Trace Elements in Traditional Chinese Medicines for Hypertension Therapy by Chemometrics Method

Shen Mingjin1，Cao Hongbin1，Chen Li2
（1 Department of Chemistry，North Sichuan Medical College，Nanchong，637000，China；2 Department of Nephrology，Nanchong Armed Police Hospital，Nanchong 637000，China）

Objective：To find the relevance between the quantity of trace elements and the effects of traditional Chinese Medicines treating hypertension.Methods：The trace elements in 12 species of traditional Chinese Medicines treating hypertension were selected and information analysis was carried out by correspondence analysis and cluster analysis of chemometricsmethod.Results：The calculated results such as R type，Q type factor loadingmatrix were gained and a clustering plane figure of correspondence analysis factors wasmade according to the content of trace element.The results indicated that 12 species of traditional Chinese Medicines could be classified into three classes and the elements which closely related to each class of traditional Chinese Medicine were determined.The class of clearing heat and detoxication has relation with Fe and Mg.The classification results of cluster analysis were in agreement with those of correspondence analysis and the similarities and differences among the twelve kinds of Chinese medicine were revealed.Conclusion：Through chemometricsmethod，it is revealed that there is a correlation between the trace element contents and effect of Chinese medicine.The result shows that the chemometricsmethod has the great advantage for the efficacy analysis of Chinese Medicines.

Traditional Chinese medicines for hypertension therapy；Trace element；Chemometrics；Correspondence analysis；Cluster analysis

R259；R284.1

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2014.04.030

申明金（1971—），男，四川南充人，副教授，主要從事藥物分析研究，E-mail：shm j318＠163.com