中藥三七中5種微量元素的含量及健康風險

曾憲彩,晁思宏,朱美霖,范曉婷,蔣艷雪,曹紅斌*(1.中藥資源保護與利用北京市重點實驗室,北京 100875；2.北京師范大學資源學院資源生態與中藥資源研究所,北京 100875；3.寧夏醫科大學基礎醫學院,寧夏 銀川 750004)

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中藥三七中5種微量元素的含量及健康風險

曾憲彩1,2,晁思宏1,2,朱美霖1,3,范曉婷1,2,蔣艷雪1,2,曹紅斌1,2*(1.中藥資源保護與利用北京市重點實驗室,
北京 100875；2.北京師范大學資源學院資源生態與中藥資源研究所,北京 100875；3.寧夏醫科大學基礎醫學院,寧夏 銀川 750004)

摘要：為了解三七中Fe、Mn、Al、Zn、Se人體微量元素的含量,并客觀評價這5種微量元素對長期服用三七藥品的患者的健康風險,在三七的產區及周邊市縣進行采樣,采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)對三七中這5種微量元素的含量進行測定,并采用點推定和概率推定對各元素的非致癌風險危害商值(HQ)值進行評估,結果發現三七中5種微量元素的平均含量分別為1375.84,108.31,1213.62, 0.16,21.99mg/kg,表現出Al>Fe>Mn>Zn>Se的高低順序,HQ值大小順序為Fe>Al>Mn>Zn>Se.HQ值均小于1,提示針對各元素,一般消費者不存在非致癌健康風險.然而,Fe,Al,Mn的日攝入量分別為0.09573,0.10759,0.00832mg/(kg·d),超出了來源于藥物的微量元素的經口允許攝入量,應該加以控制.對危害指數(HI)的概率推定結果顯示,5.19%的三七服用者對這5種微量元素的暴露具有非致癌健康風險.

關鍵詞：三七；微量元素；健康風險；蒙特卡洛技術

* 責任作者, 教授, caohongbin@bnu.edu.cn

中藥三七是五加科植物三七[Panaxnotoginseng (Burk.) F.H.Chen]的干燥根和根莖,是我國傳統名貴中藥材,具有“止血化瘀,消腫止痛”的功效[1].《本草綱目拾遺》稱其“人參補氣第一,三七補血第一”.云南白藥、漳州片仔癀、血塞通系列、復方丹參片(滴丸)、東北紅藥等均以三七為主原料.三七對生長環境要求極為苛刻,主要分布在北緯23.5°附近的云南省文山州境內,由于連作障礙等問題目前種植范圍向文山州周邊擴張.云南省礦產資源豐富,富含錫、銅、砷、鎘等礦產,文山州及周邊地區的礦區環境,導致了三七種植區土壤環境的鎘、銅、鋅、錳等重金屬元素含量偏高.另外,由于三七種植區的土壤為酸性紅壤,鐵、鋁等金屬元素含量背景值也偏高.環境中的這些金屬元素通過三七的種植而在三七各部位富集,進而會通過三七藥材的服用進入人體.

鐵、錳、鋅、硒等是人體必需的微量元素[2-3],但如果攝入量過多,不但對人體健康無益,反而會產生毒害作用.鐵攝入量過多會引起血色病、肝功能異常、心肌損傷、糖尿病以及骨質疏松[4];鋅攝入量過多會引起鐵流失,造成缺鐵性貧血;過多的錳會造成行動失調、神經質、易激動等癥狀[5];攝入過多的硒會造成硒中毒,損害肝臟和骨髓功能[6].鋁不是人體的必需微量元素,并且鋁攝入量過多會導致神經系統紊亂,引起老年癡呆,還會引起體內鈣含量變化,導致骨生成抑制,引發骨軟化癥[7-8].

目前,多數學者對三七的研究主要集中在三七藥材的砷、鎘、鉛、銅等重金屬(或類金屬)的富集及健康風險評價方面[9-12],三七中其它微量元素含量情況及其風險評價方面的研究比較缺乏.本文主要在三七產區文山州及其周邊州市19個采樣點進行大范圍采樣,采用電感耦合等離子體-質譜聯用(ICP-MS)技術檢測了三七根部鐵、錳、鋅、硒、鋁5種人體微量元素的含量,了解不同種植區三七中微量元素的分布狀況,并對這5種微量元素對人體的健康風險進行評估,以期為客觀了解服用中藥三七對人體的健康風險以及指導合理用藥,保障藥物安全提供理論支持.

圖1 云南省文山州及周邊三七主產區采樣點Fig.1 Sampling sites in main Sanchi planting area in Yunnan Province

1 材料與方法

1.1 樣品采集與前處理

樣品采集時間為2011年10月三七成熟期,在云南省文山州的8個縣以及外延種植區紅河州的4個市縣、玉溪市和曲靖市,選取19個采樣點(圖1),每個采樣點采集4～5棵三年生三七植株, 共89個樣品,采樣點用GPS精準定位.樣品采集后盡快帶回實驗室,用自來水沖洗根部泥土及整個植株,隨后用超純水沖洗,用陶瓷刀將三七植株的根部切下,放入烘箱,105℃殺青,并在60℃下烘干至恒重.干燥的三七根用高速旋轉研磨儀(ZM 200Pulverisette-14Fritsch,德國福里茨公司)研磨粉碎成粒徑小于0.5mm的粉末,放入聚乙烯自封袋中,4℃保存,待測.

1.2 三七中微量元素含量分析方法

精確稱取三七粉0.5000g,放入聚四氟乙烯消解罐中,加入8mL硝酸,加蓋冷消解過夜,然后微波消解.自然冷卻后,取出消解罐,將消解液轉入50mL容量瓶,并加入超純水定容至刻度線,搖勻,待測.同時,做空白對照.采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)(7500a,Aglient)測定消解液中Al、Fe、Mn、Zn、Se的含量,以國家化學標準樣黃芪(GBW10028)內插進行三七樣品分析的質量控制.

表1 不同種植區三七中5種微量元素的含量(平均值±標準偏差, mg/kg)Table 1 The contents of 5trace elements inSanchi in different plantations (Mean±SD, mg/kg)

1.3 三七中微量元素的健康風險評價

健康風險評價主要采用兩種方式:點推定和概率推定.點推定中各變量均采用幾何平均值來計算.概率推定是采用Crystal Ball軟件通過蒙特卡洛抽樣完成.首先,對暴露因子的分布進行擬合,并通過A-D檢驗,χ2檢驗和K-S檢驗聯合的方式判定最優擬合分布.然后采用蒙特卡洛抽樣的方式(10000次迭代次數)預測暴露分布.

本文評價的5種微量元素主要具有非致癌毒性.借鑒美國國家環保署[13](US EPA)創建的非致癌風險評價方法,運用危害商值(HQ)和危害指數(HI)評價長期服用三七制劑或含三七的成方制劑,所含這5種微量元素造成的健康風險,公式如下:

式中:ADD是微量元素的日攝入量, mg/(kg·d); RfD是微量元素的每日最大允許攝入量, mg/(kg·d),其值來源于US EPA的長期經口暴露參考劑量(RfD),或者聯合國糧農組織/世界衛生組織(FAO/WHO)規定的每日允許攝入量(ADI)以及中國營養學會編著的《中國居民膳食營養素參考攝入量》中營養元素的可耐受最高攝入量(ULs);Ci是三七中各種微量元素的含量,mg/kg; IR是長期服用三七藥材患者的三七日攝入量,mg/(人·d);BW是成年人的體重,取60kg計算.

人體攝入的食物中往往具有多種金屬,造成的健康風險也是多種金屬元素共同作用的結果,因此有學者提出了采用危害指數HI來綜合評價多種金屬對人體的健康風險,HI等于危害商值(HQ)之和,當HI>1時,表明有潛在非致癌健康風險.公式如下:

1.4 統計分析

分析結果采用Microsoft Excel 2010進行數據處理,使用SPSS 17.0進行數據的相關性分析及正態分布檢驗,顯著性水平為P<0.05,極顯著為P<0.01.

2 結果

2.1 三七根中Al、Mn、Fe、Se、Zn含量

各個采樣點三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn的含量如表1所示.從測試結果來看,19個采樣點三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn的平均含量分別為1375.84、108.31、1213.62、0.16、21.99mg/kg.三七根中各微量元素的含量順序為Al>Fe>Mn>Zn>Se.文山州內10個采樣點三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn 5種微量元素平均含量分別為2088.92、137.87、1966、0.23、28.79mg/kg,均高于文山州外其他采樣點各元素的含量.

2.2 三七根中各微量元素之間的相關性

表2 各微量元素之間的相關系數(n=19)Table 2 Correlation coefficient of different trace elements (n=19)

三七根中各微量元素含量的相關系數如表2所示,通過相關性分析顯示Al和Fe,Fe和Se,Se 和Al,Se和Zn之間呈極顯著正相關性,相關系數分別為0.898,0.919,0.869,0.700.此外,Zn和Fe之間也存在顯著正相關,相關系數為0.504.

2.3 健康風險評價

2.3.1 點推定結果 1989年FAO/WHO[14]規定的Al的可耐受一周攝取量(PTWI)為7000μg/ (kg·周),即1mg/(kg·d),US EPA[15]規定的Mn、Zn、Se的RfD值分別為0.14,0.3,5×10-3mg/(kg·d),中國營養學會編著的《中國居民膳食營養素參考攝入量》中Fe[16]的ULs值為0.67mg/(kg·d).通過收集《中國藥典》2010 版、《云南藥品標準》1996年版中的以三七根為主藥材的成方制劑和單味制劑22種,根據藥方及用法,按照用量推算得到三七的平均日攝入量IR為4.57g[11].依據公式(1)～(3)評估服用三七對人體的健康風險.三七中5種微量元素的ADD、HQ、HI值及各種微量元素在HI中的貢獻率如表3所示.5種微量元素的風險大小順序依次為Fe>Al>Mn>Zn>Se.

表3 三七中5種微量元素的ADD、HQ、HI值及在HI中的貢獻率Table 3 ADD、HQ、HI values and contribution percentage for HI of 5trace elements in Sanchi

表4 各暴露因子的最佳擬合分布Table 4 Best-fit distributions of major exposure factors

2.3.2 概率推定結果 由于各暴露因子存在變異性和不確定性,需要使用Crystal Ball軟件對5種微量元素的HQ值進行概率推定,三七中5種微量元素濃度及三七日攝入量的最佳擬合分布如表4所示,體重及RfD值設定為常數.HQ的推定結果如表5所示,Al、Mn、Fe、Se和Zn 的HQ值的90%分位點值分別為2.73×10-1、1.39×10-1、4.04×10-1、5.7×10-3和1.31×10-2,均小于1,表明這5種微量元素對90%的三七服用者均沒有非致癌健康風險.對HI的概率推定結果如圖2所示,結果顯示5種微量元素的HI分布的均值是0.37,5.19%的三七服用者對這5種元素的暴露的風險指數大于1,具有一定的非致癌健康風險.

表5 三七中5種微量元素的HQ值概率推定結果Table 5 Probabilistic estimator of HQ values of Fe、Al、Mn、Zn、Se in Sanchi

圖2 三七制劑服用所致5種微量元素的HI的概率分布黑色部分指HI > 1的概率(5.19%)Fig.2 Probabilisticdistribution of HI values of 5trace elements due to consumption of Sanchi preparation the blank area means the exceeding probabilities (5.19%)

3 討論

對云南省文山州及周邊的19個采樣點進行采樣,基本上涵蓋了云南省主要的三七種植區.檢測了三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn 5種微量元素的含量.由于目前尚無針對這5種微量元素的藥用植物及制劑中的安全濃度限量標準,將三七中各微量元素含量水平與其它中藥材相應元素含量進行了一個對比分析.測得三七中Al的含量最高,為1412.55mg/kg.裘珊珊[17]檢測了麥冬、白芍等10種中藥材中Al的含量,Al含量最高的為小玄參1029.17mg/kg,其余含量都在52.40～804.17mg/kg.相比而言,三七中Al的含量較高,與Al富集植物普洱茶中Al的含量相近[18].這可能與當地酸性土壤特點和Al含量較高有關,金航等[19]測得云南三七種植區土壤中Al含量最高為100933mg/kg.其次,本研究測得的三七中Fe的含量為1256.88mg/kg.李榮宇[20]測定了金銀花、枸杞等5種中草藥中Fe的含量,最高的為牛藤2718.86mg/kg,其次為首烏1492.87mg/kg,最低的是枸杞35.20mg/kg.與這5種中藥材相比,三七中Fe含量處于中等水平.本研究測得的三七中Mn的含量為109.17mg/kg,何佩雯[21]測了三七中Mn的含量,在80mg/kg左右,同時也測了黃連、當歸、丹參等8種中藥材的Mn含量,均在250mg/kg范圍之內;而周曉騰[22]測得當歸中Mn含量均低于10mg/kg,顯示三七中Mn含量在中藥材中處于中等水平.三七中硒的含量為0.16mg/kg,與曹美菊[23]文章中報道的中藥材Se含量數據相比,三七中Se含量處于中等偏下的水平.三七中Zn的含量為19.62mg/kg,范文秀[24]報道的20種補益類中藥材的Zn含量在5.57～45.56mg/kg,顯示三七中Zn的含量水平也處于中等水平.總體來講,三七中Al含量相較其它中藥材偏高,而Fe、Mn、Se、Zn的含量與其他中藥材相比處于中等水平.

對三七中Fe、Mn、Al、Se、Zn5種微量元素進行相關性分析發現,Fe、Al、Se三者之間, Zn 和Se之間存在極顯著正相關性,Zn和Fe之間存在顯著正相關.這表明三七中Fe、Al、Se三者之間,Zn、Se之間,Zn、Fe之間具有相似的來源.礦物中鐵、鋁、鋅等金屬元素往往容易伴生[25, 26],開礦使得這些元素同時釋放到土壤中,然后被三七吸收而在體內富集.

在點推定下,通過HQ值計算可知,5種微量元素的單一HQ值以及HI均小于1,表明其不存在非致癌健康風險.但是人體對這些元素的暴露途徑是多方面的,不僅僅有來自藥物的暴露也有來自食物的暴露,另外WHO的《藥用植物質量控制方法》[27]中規定來源于藥用植物的農藥等有害物質含量應不超過該物質總攝入量的1%.則源于藥用植物的每種元素的最大允許攝入量將降低100倍,Fe、Mn、Al、Se、Zn的最大允許攝入量變為0.01、0.0014、0.0067、0.00005、0.003mg/(kg.d),在這種情況下,Fe、Mn、Al的日攝入量均超過了藥用植物來源的限值;而Se、Zn的日攝入量仍在安全范圍之內.因此,要注意控制三七中Fe、Mn、Al的含量,降低其風險.在服用三七時要合理選擇服用量,種植三七時注意地塊的選取及農藥化肥使用,控制這3種金屬元素進入三七的途徑,盡可能降低微量金屬元素對人體的健康風險.

4 結論

4.1 三七中Al的平均含量為1375.84mg/kg相較其它中藥材偏高,而Fe、Mn、Se、Zn的含量與其他中藥材相當.5種微量元素含量均呈現出文山州內大于文山州外的分布現象.

4.2 通過健康風險點推定計算,5種微量元素的HQ值及HI均小于1,不存在非致癌健康風險,但是Al、Fe、Mn這3種元素的日攝入量均超過了藥用植物來源的限值,當食品攝入等其他途徑這3種元素的攝入量較高時,總攝入量就會超過RfD值,對人體產生一定的非致癌健康風險.在服用三七時要注意同時控制食物來源中Al、Fe、Mn的含量.

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The contents of five trace elements in Panaxnotoginseng and the associated health risk.

ZENG Xian-cai1,2, CHAO Si-hong1,2, ZHU Mei-lin1,3, FAN Xiao-ting1,2, JIANG Yan-xue1,2, CAO Hong-bin1,2*(1.Beijing Key Laboratory of Protection and Application of Chinese Medicinal Resources, Beijing 100875, China；2.Institute of Resource Ecology and Traditional Chinese Medicine Resources, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；3.Clinical Medicine School of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China).China Environmental Science, 2016,36(1)：293～298

Abstract：In order to investigate the contents of Fe、Mn、Al、Zn、Se in Panaxnotoginseng (Sanchi) and evaluate the health risk of these elements for long-term consumers of Sanchi preparations, samples of Sanchi roots were collected in traditional production region and the surrounding areas.The contents of the five trace elements in Sanchi were analyzed by ICP-MSand the non-carcinogenic health risk was evaluated by deterministic estimation and probabilistic estimation.The results show that the average contents of the five trace elements in Sanchiare 1375.84, 108.31, 1213.62, 0.16, 21.99mg/kg, decreased in the order: Al>Fe>Mn>Zn>Se and the order of the hazardous quotient (HQ) values is Fe>Al>Mn>Zn>Se.The HQ valuesare all below 1, implying no non-carcinogenic health riskof individual element for general consumers.However, daily intakes of Fe, Al and Mnare 0.09573, 0.10759, 0.00832mg/(kg·d), which are beyond the corresponding limits for tolerable oral intake from medicinal plants and should be controlled.Probabilistic distribution of hazardous index (HI) values of 5trace elements due to consumption of Sanchi preparation shows that 5.19% of theconsumers havenon-carcinogenic health risk.

Key words：Panaxnotoginseng；trace elements；health risk；Monte-Carlo technique

中圖分類號：X503.1

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)01-0293-06

收稿日期：2015-05-30

基金項目：中央高校基本科研業務費專項資金資助(105564)

作者簡介：曾憲彩(1989-),女,河南南陽人,北京師范大學資源學院博士生,主要從事中藥材重金屬污染方面研究.發表論文1篇.