四種補(bǔ)益藥中微量元素含量的主成分分析

多本加

1.青海師范大學(xué)民族師范學(xué)院，清海 西寧 810008；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102

四種補(bǔ)益藥中微量元素含量的主成分分析

多本加1，2

1.青海師范大學(xué)民族師范學(xué)院，清海 西寧 810008；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102

對(duì)常用補(bǔ)益藥黃芪、當(dāng)歸、枸杞子、杜仲中微量元素含量進(jìn)行了綜合分析.用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件，以四種補(bǔ)益藥中鐵、鎂、鈣、鋅、鉻、鈷和鉬等微量元素的含量為指標(biāo)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并求出無量綱后數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值、特征向量和貢獻(xiàn)率.由此建立了綜合主成分評(píng)價(jià)模型，結(jié)果表明：方差貢獻(xiàn)率為67%的第1主成分和方差貢獻(xiàn)率為29．2%第2主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了96．207%，最后根據(jù)主成分分析得分計(jì)算可得，上述藥材微量元素含量趨勢(shì)為黃芪＞當(dāng)歸＞杜仲＞枸杞子.

主成分分析；補(bǔ)益藥；微量元素

0 引言

中醫(yī)認(rèn)為，老年病與虛證之間關(guān)系密切，而虛證是指人體正氣不足，所致臟腑功能衰退而出現(xiàn)的臨床表現(xiàn).即人體氣血陰陽(yáng)平衡失調(diào)、臟腑虧損的基礎(chǔ)上發(fā)生的癥狀.因此，凡有補(bǔ)益人體氣、血、陰、陽(yáng)不足的作用，能治療各種虛證的藥物稱為補(bǔ)虛藥或補(bǔ)益藥.補(bǔ)益藥是中醫(yī)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用，療效顯著，深受歷代醫(yī)生所重視［1］.近年來，隨著生活水平的提高，補(bǔ)益藥的服用者越來越多.黃芪、當(dāng)歸、枸杞、杜仲等藥材可以補(bǔ)充人體有用物質(zhì)，有益身體，具有抗衰老作用等［2］.對(duì)補(bǔ)益藥的報(bào)道很多，主要集中在化學(xué)成分測(cè)定和藥理研究方面.相對(duì)于微量元素成分的研究明顯不足，隨著中藥的發(fā)展，中藥微量元素測(cè)定的研究日益活躍，成為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究的一部分.有些人說微量元素是動(dòng)物和植物的信息聯(lián)通的紐帶［3］，即中藥藥效與微量元素及其含量有關(guān).筆者用主成分分析方法，以黃芪等4種補(bǔ)益藥中的微量元素Fe、Mg、 Ca、Zn、Cr、Co、Mo為指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，不但對(duì)闡明補(bǔ)益藥的作用原理，而且對(duì)合理用藥、提高療效，避免用補(bǔ)益藥引起的不良反應(yīng)等有著積極的意義.

1 主成分分析原理

主成分分析法（PCA）是多元統(tǒng)計(jì)分析方法的一種，是設(shè)計(jì)指標(biāo)體系時(shí)盡可能多地選擇指標(biāo)，但指標(biāo)過多，會(huì)增加分析難度，所以原始指標(biāo)轉(zhuǎn)化為具有代表性少數(shù)幾個(gè)新的指標(biāo)，假設(shè)有n個(gè)被評(píng)價(jià)的樣本，每個(gè)樣本檢測(cè)p個(gè)指標(biāo)數(shù)（p≤n）.從p個(gè)指標(biāo)中尋找一組盡可能多地反映原有指標(biāo)的情況下，少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的指標(biāo)［4］.

2 四種補(bǔ)益藥中微量元素含量的主成分分析

2.1 四種補(bǔ)益藥中微量元素含量

四種補(bǔ)益藥中微量元素質(zhì)量量含量見表1.

表1 四種補(bǔ)益藥中微量元素質(zhì)量含量［5］Table 1 Four kinds of trace element content of tonics /（μg/g）

2.2 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

根據(jù)公式Xij*＝（Xij－Xi）/Si（Xi為均值，Si為標(biāo)準(zhǔn)差），數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化可以解決各數(shù)值不具綜合性的問題，均轉(zhuǎn)化為無量綱值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析.

2.3 計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣

用SPSS13．0軟件計(jì)算得表2.從中可知，變量Fe與Ca、Zn、Co、Mo，變量Mg與Cr，變量Ca與Fe、Zn、Co、Mo，變量Zn與Fe、Ca、Co、Mo，變量Cr與Mg、Mo，變量Co與Fe、Ca、Zn、Mo，變量Mo與Fe、Ca、Zn、Cr、Co，具有較大的相關(guān)性.

2.4 主成分的確定

計(jì)算的特征值、方差貢獻(xiàn)率、累積方差貢獻(xiàn)率見表3.根據(jù)主成分分析原理可知，第一、第二主成分的累積貢獻(xiàn)率已高達(dá)96．207%，即這兩個(gè)主成分代表了4種補(bǔ)益藥中微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)96．207%的信息量.

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 The correlation coefficient matrix

表3 特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 3 Characteristic value and the variance contribution rate

2.5 計(jì)算初始因子載荷矩陣

計(jì)算2個(gè)初始因子載荷矩陣和2個(gè)主向量矩陣見表4.

表4 初始載荷矩陣和主成分向量Table 4 Initial load matrix and principal component vectors

即2個(gè)主成分與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變量（*）的線形組合分別如下：

F1＝0．452Fe*－0．094Mg*＋0．414Ca*＋0．444Zn*＋0．282Cr*－0．418Co*＋0．405Mo*

F2＝0．131Fe*＋0．657Mg*＋0．193Ca*＋0．189Zn*－0．535Cr*－0．290Co*－0．327Mo*

由F＝0．670 09F1＋0．291 98F2計(jì)算綜合得分（見表5），并進(jìn)行排序.

表5 主成分得分、綜合得分排序Table 5 The principal component scores and comprehensive score sequence

3 結(jié)語(yǔ)

目的是使用主成分分析降維的思想，該指數(shù)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合性指標(biāo)，以排除原始數(shù)據(jù)共存中相互重疊的信息，而獲得最主要的信息.對(duì)于補(bǔ)益藥黃芪、當(dāng)歸、枸杞子和杜仲中的微量元素Fe、Mg、Ca、Zn、Cr、Co和Mo的信息可以用兩個(gè)主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

a.由表2相關(guān)系數(shù)矩陣可知，微量元素Fe與Ca、Zn、Mo，Mo與Cr和Zn與Mo、Ca呈現(xiàn)正相關(guān)性，微量元素Co與Fe、Ca、Zn、Mo，Mg與Cr，具有負(fù)相關(guān)性.

b.由表4的第一主成分可得，F(xiàn)e的載荷系數(shù)最大，對(duì)其貢獻(xiàn)最多，其次Zn、Ca、Mo上具有較大的正系數(shù)，第二主成分在Mg元素上有較大的正載荷系數(shù)，主要反映了Mg的元素特征.微量元素在維持人體正常生理活動(dòng)中起著重要的作用，F(xiàn)e除以血紅蛋白的形式存在外、還分布在肌肉和其他細(xì)胞中，是酶的構(gòu)成成分之一，有助于氧的輸送.一般來說含鐵高的藥材常用來預(yù)防貧血、調(diào)解組織呼吸和能量代謝、維持機(jī)體的免疫力和抗感染能力.Zn參與核酸和蛋白質(zhì)的合成以及細(xì)胞免疫和體液免疫過程，并能刺激淋巴細(xì)胞的分裂和加快創(chuàng)傷的愈合［6］，含Zn高的藥材有清熱活血的功效. Ca是骨骼和牙齒發(fā)育最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還參與生理功能的調(diào)解.對(duì)于神經(jīng)肌肉興奮、神經(jīng)傳輸、維護(hù)細(xì)胞功能、酶的活性以及激素分泌起著重要的作用. Mo組成氧化還原酶，維持動(dòng)脈彈性，Mg離子是多種酶的輔基和激活劑，Mg不足會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化和心律失常［7－9］，因此這4種中藥的作用主要表現(xiàn)出補(bǔ)氣補(bǔ)血、清熱活血和通過對(duì)神經(jīng)，體液系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)及對(duì)物質(zhì)代謝等功效.這跟一般認(rèn)為補(bǔ)氣、補(bǔ)血、補(bǔ)陰、補(bǔ)陽(yáng)的藥物稱之為補(bǔ)益藥說法一致.

c.從表5的4種補(bǔ)益藥的綜合排序可知：中藥黃芪的微量元素的含量排在了第一位主要是由于Fe和Zn的主成分值較大引起的，即黃芪的補(bǔ)虛扶正的功效最大，其次為當(dāng)歸、枸杞子、杜仲.本研究通過主成分分析法對(duì)不同補(bǔ)益藥中微量元素含量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，取得了較好的結(jié)果，有利于對(duì)常用補(bǔ)益藥成分的研究和合理用藥、提高療效提供參考.

致謝

感謝青海師大民族師范學(xué)院提供的試驗(yàn)平臺(tái)，感謝本實(shí)驗(yàn)室其他同學(xué)的幫助！

［1］李景春.淺談補(bǔ)益藥［J］．中醫(yī)藥信息,1985（3）：23.

LI Jing－chun.Discuss tonic nformation on Traditional Chinese Medicine［J］.1985（3）：23.(in Chinese)

［2］沈映君，李義奎，陳奇．中藥藥理學(xué)［M］．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.

CHENG Yin－jun，LI Yi－kui，CHENG Qi.Pharmacology of traditional chinese medicine［M］．Shanghai：Shanghai Science and Technology Publishing House.(in Chinese)

［3］馬威，管競(jìng)環(huán)．植物類中藥辛、甘、苦味的定量判別研究［J］．微量元素與健康研究，2004，21（1）：22－24．

MA Wei，GUAN Jing－Huan.Quantitative discriminant plants symplectic bitter taste of traditional Chinese medicine research［J］．Studies of Trace Elements and Health．2004，21（1）：22－24．(in Chinese)

［4］許祿，邵學(xué)廣．化學(xué)計(jì)量學(xué)方法［M］．北京：科學(xué)出版社，2006：130－133．

XU Lu，SHAO Xue－guang．Chemometrics methods［M］．Beijing：Science Press，2006：130－133．(in Chinese)

［5］趙超群，呂坤，梁開才，等．黃芪當(dāng)歸枸杞子杜仲中幾種微量元素的測(cè)定［J］.微量元素與健康研究，2011，28（4）：17－18.

ZHAO Chao－qun，LV Kun，LIANG Kai－cai，et al．Astragalus，Angelica，Medlar，Eucommia several in the determination of trace elements［J］.Studies of Trace Elements and Health，2011，28（4）：17－18.(in Chinese)

［6］揚(yáng)克敵．微量元素與健康［M］．北京：科學(xué)出版社，2003．

YANG Ke－di，Trace elements and health［M］．Beijing：Science Press，2003．(in Chinese)

［7］孔祥瑞．必需微量元素的營(yíng)養(yǎng)、生理及臨床意義［M］．合肥：安徽科技出版社，1982：102－105．

KING Xiang－rui，Necessary trace elements nutrition，physiological and clinical implications［M］．Hefei：Anhui Science and Technology Press，1982：102－105．(in Chinese)

［8］何志謙．人類營(yíng)養(yǎng)學(xué)［M］．北京：人民衛(wèi)生出版社，1988：257，320－330．

HE ZHi－Qian.Human nutrition disciplines［M］．Beijing：People＇s Medical Publishing House1988：257，320－330．(in Chinese)

［9］苗健，高琦，許思來．微量元素與相關(guān)疾病［M］．鄭州：河南醫(yī)科大學(xué)出版社，1997：106－120．

MIAO Jian，GAO Qi，XUI Si－lai.Trace elements and related diseases［M］Zhengzhou：Henan Medical University Press，1997：106－120．(in Chinese)

Principal components analysis of trace element contents in astragali radix，angelicae sinensis radix，lycii fructus and eucommiae cortex

DUO Ben－jia1，2
1．Minorities Teachers College，Qinghai Normal University，Xining 810008，China；2．Beijing University of Traditional Chinese Medicine，Beijing 100102，China

The trace element contents of ferrum，magnesium，calcium，zinc，chromium，cobalt and molybdenumc in astragalus radix，Chinese angelica，barbary wolfberry fruit and eucommia ulmoides were analyzed by SPSS13．0 statistical software，and the correlation coefficient matrix，eigenvalue，feature vector and contribution rate of post－dimensionless data were determined，then the comprehensive principal component evaluation model was established．The results show that the accumulated variance contribution rates of the 1st and the 2nd principal components come to 96．207%．According to score analysis of the principal components，the trace element contents of aforesaid herbs are as follows：astragalus radix＞Chinese angelica＞barbary wolfberry fruit＞eucommia ulmoides．

principle component analysis；tonic；trace element

R284.1

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.07.007

1674－2869（2015）07－0030－04

本文編輯：張瑞

2015－01－07

多本加（1975－），男，藏族，青海黃南人，副教授，博士.研究方向：化學(xué)計(jì)量學(xué).