基于健康風險評價的種植黃芩中重金屬的安全限值研究

張愛琛 ，楊月 ，劉建偉 ，陳艷姣 ，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. 天然藥物教育部工程研究中心，北京 100875；3. 北京師范大學地理科學學部，北京 100875

黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）是中國的一類大宗中藥材，臨床用藥非常廣泛，北京門頭溝區的居民還有將黃芩芽、葉采集代茶飲的習慣。需求量的居高不下使得黃芩已然遭到掠奪式采挖，野生資源幾近枯竭。為滿足市場需要，農用地人工栽培黃芩面積逐漸增大，但由于農民栽培技術、人工管理模式不成熟以及選地不合理等原因導致栽培黃芩的產量和質量差異較大，臨床效果得不到保證。重金屬（類金屬砷的性質與重金屬相似，故將其歸為重金屬）廣泛存在于環境中，是影響黃芩產量和質量的重要因素（Wang et al.，2018；Cao et al.，2009）。近年來已發生了多起中藥因重金屬超標而被退回的事件，這大大損害了中藥的聲譽，影響中國中藥產業的國際化進程（趙連華等，2014）。然而，目前關于黃芩所含重金屬的研究相對較少，但從其他研究中不難看出，過高濃度的重金屬積累會影響到植物的正常生長和發育（王波等，2018；王凱榮等，2010；丁園等，2009）；藥用植物中重金屬濃度過高更會影響用藥安全，對患者健康產生危害（李嫦玲，2006）。因此，有必要研究藥用植物黃芩中重金屬的安全限值。

中國現行的《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》（中華人民共和國國家中醫藥管理局，2001）僅給出了砷、鎘、汞、銅、鉛5種重金屬的限量值；《中國藥典》（國家藥典委員會，2015）已經明確了重金屬限量值的 11種植物藥中并未包含黃芩；郭蘭萍等（ISO，2015）曾經基于中藥材中鉛、砷、鎘、汞4種重金屬的健康風險評估結果建立了《中醫藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標準。然而，以上標準均沒有考慮具體藥材之間服用劑量與服用方式的差異。

本研究結合黃芩的實際使用情況，基于黃芩中重金屬的健康風險評價結果推出了As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的安全限量值，以此為標準分析了采自北京市門頭溝區的黃芩根樣品以及購自安國、亳州兩大藥材市場的黃芩飲片中所含 7種重金屬的超標情況，為指導黃芩的安全使用提供了科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與前處理

本實驗所采用的黃芩根樣品包括原藥材和飲片2種：于2017年9月在北京市門頭溝區靈之秀農業園采集一年生至五年生的黃芩根樣品（每個生長年限采集5株，共得到25個黃芩根樣品）。根據藥典中藥飲片炮制要求，撞去表面泥土和粗皮，用陶瓷刀（避免引入重金屬）將黃芩根部與莖部分離，再用毛刷將黃芩根表面刷干凈，將植株根部裝入牛皮紙信封中，做好標記，于55 ℃烘干至恒重，并用高速旋轉研磨儀（ZM200 pulverisette 14，德國）將其粉碎成粒徑小于0.5 mm的粉末，裝入自封袋，保存待測；于2018年3月先后在安國和亳州兩大藥材市場各收集5份黃芩飲片，以同樣的方法粉碎、保存待測。黃芩樣品均經過北京師范大學張文生教授鑒定。

1.2 重金屬的含量測定

用萬分之一分析天平（Mettler ToledoME104，瑞士 Mettler Toledo公司）準確稱取黃芩根樣品0.2000 g于聚四氟乙烯罐中，加入2 mL硝酸（MOS級），冷消解4 h后，將其放入不銹鋼外套中，擰緊至小罐無法在不銹鋼套中晃動。在165 ℃的烘箱中加熱 4 h，冷卻后取出小罐，將樣品轉移至離心管中，并用超純水定容至 10 mL，待測。采用ICP-AES（SPECTRO ARCOS EOP，美國阿美特克集團——德國斯派克分析儀器公司）檢測消解液中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 的含量，并以黃芪（GBW10028，地球物理地球化學勘查研究所）標樣內插對黃芩樣品的分析進行質量控制。

1.3 基于健康風險評價的重金屬安全限量值推定

化學物質對于人體產生的健康風險可以分為非致癌風險和致癌風險。在評價過程中，通常以商值法（HQ法）來表示物質的非致癌風險，即將暴露量與參考劑量（經口暴露）的商值與1進行比較，若大于1則表明該污染物的暴露可能對人體造成非致癌風險，反之則表示該暴露水平下不會對人體產生危害；在評價污染物的致癌風險時，先定性判斷該物質是否具有致癌毒性，然后再根據已有的暴露水平數據和劑量-效應關系來定量估算個體終生暴露所產生的致癌概率（曹紅斌，2012）。

1.3.1 基于非致癌風險的重金屬安全限量值推定

重金屬暴露量 ADD(mg·kg-1·d-1)和商值 HQ 表示如下：

式中，C為黃芩中的重金屬質量分數（mg·kg-1）；IR 為黃芩日攝入量（g·d-1）（詳見 2.2.1）；BW表示暴露者體重，取61 kg（環境保護部，2013）；RfD 為參考劑量（mg·kg-1·d-1），取值詳見表 1；ED為暴露時間（a）。根據董歷華等（2014）對黃芩處方的調查分析結果可知，服用黃芩患者的平均年齡為35歲，若人的平均壽命設為70年（姜陽，2013），則ED取35 a；暴露頻率EF（d·a-1）則根據不同病癥的黃芩復方、成藥及療程確定（詳見2.2.2），則總暴露時間為 35×EF d；平均化時間AT=ED×365 d。WHO的《藥用植物質量控制方法》規定，來源于藥用植物的有害物質含量不超過該物質總攝入量的1%（WHO，1998）。除此之外，含黃芩的各處方或制劑中，藥用植物黃芩的質量分數（x%）也各不相同（x%取值詳見2.2.3）。若HQ＜1，則認為該重金屬元素不會對人體產生非致癌健康風險，根據公式（1）、（2）可反推得到藥材重金屬的安全限值為：

1.3.2 基于致癌風險的重金屬安全限量值推定

重金屬的慢性日暴露量 LADD(mg·kg-1·d-1)和致癌風險R計算如下：

表1 7種重金屬經口暴露后RfD和SF的取值（Jiang et al.，2017）Table 1 Values of RfD and SF via oral exposure of 7 heavy metals (Jiang et al., 2017)

對于可產生致癌風險的重金屬元素，其C、IR、ED、BW取值同上；暴露者壽命LT=70×365 d；致癌斜率因子SF取值見表1。根據WHO給出的最高風險建議值R0=1×10-4，代入公式（4）、（5），可以反推得到黃芩根重金屬的安全限量值：

2 結果與分析

2.1 黃芩的重金屬含量

使用ICP-AES檢測黃芪（GBW 10028）標樣的7種重金屬元素，測定結果都在相對應的標準值范圍內，且 As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和 Zn回收率分別為98.25%、100%、81.82%、98.00%、99.12%、102.78%、97.35%，表明該檢測方法較為準確。因此，本試驗采用ICP-AES法測定了采自北京市門頭溝區的黃芩根樣品和購自安國、亳州兩大藥材市場的黃芩飲片的重金屬含量，測定結果如表2、表3。

2.2 黃芩所含7種重金屬的安全限量值

2.2.1 黃芩日攝入量（IR）的確定

收集2015版《中國藥典》（國家藥典委員會，2015）中以黃芩為主要成分的118種制劑，根據每種制劑的黃芩含量和不同服用方法，推算得到服藥過程中黃芩的日攝入量：如中成藥丸劑兒童清熱導滯丸中包含20種中藥材，共1770 g（黃芩占120 g），每100 g藥材粉末加煉蜜115－125 g（本研究取平均值120 g）制成大蜜丸，每丸重3 g，一次服1丸，一日 3次，則黃芩的日攝入量為：100/(100+120)×120/1770×3×3=0.277 g；對于顆粒劑來說，少陽感冒顆粒含有8味藥材，共1239 g（黃芩占206 g），每袋裝8 g，一次1袋，一日2次，則每日攝入黃芩的量為206/1239×8×2=2.660 g；雙黃連片是由3味藥材（共7500 g，黃芩占1 875 g）煎煮壓制而成，每片重0.53 g，口服1次4片，一日3次，則每日攝入黃芩 1875/7500×0.53×4×3=1.59 g。以此類推，本研究共計算得到118種含量較為明確的黃芩制劑中黃芩的日攝入量。董歷華（2013）曾將統計過的934張黃芩處方所治療的疾病分為肺系、肝膽系、脾胃系等7類，按此分類方法將118種黃芩制劑根據其功效主治進行歸類，得到每一類黃芩制劑的平均日攝入量，如表4。

2.2.2 黃芩暴露頻率（EF）的確定

本研究綜合了 16篇文獻中關于黃芩的臨床使用療程（見表5），按上述方法將16篇文獻中涉及的疾病進行歸類，得到每類病癥中黃芩制劑的平均使用療程，將其與歸類的118種黃芩制劑進行對應，得到每類制劑的黃芩暴露頻率。例如，藥典中的龍膽瀉肝丸就以清肝膽濕熱為主要功效，故將其所治疾病類型歸為肝膽系，使用療程為 250 d。心系疾病的使用療程咨詢藥店藥師得到，黃芩的暴露頻率如表6。

2.2.3 黃芩在制劑中質量分數（x%）的確定

根據藥典收集的118種黃芩制劑中不同藥材的含量，計算得到黃芩在各制劑中的質量分數：如感冒止咳顆粒含有柴胡和葛根各 100 g；山銀花、青蒿、連翹和黃芩各75 g；桔梗和苦杏仁各50 g，以及薄荷腦0.15 g，共計600.15 g，則黃芩的質量分數為12.5%。同樣，得到七大類制劑中黃芩的質量分數，如表7。

表2 門頭溝種植基地黃芩根種重金屬檢測結果Table 2 Heavy metals in roots of S. baicalensis from Mentougou mg·kg-1

表3 市場購置黃芩飲片的重金屬檢測結果Table 3 Heavy metals in S. baicalensis pieces from markets mg·kg-1

表4 黃芩不同功能主治的日攝入量Table 4 Daily intake of S. baicalensis Georgi by clinical use g·d-1

表5 不同黃芩制劑的臨床使用情況Table 5 Clinical use of different preparations

表6 黃芩的暴露頻率Table 6 Exposure frequency of S. baicalensis d·a-1

2.2.4 黃芩所含重金屬的安全限量值推定

根據重金屬可能給人體帶來的致癌或非致癌風險，將相應參數帶入1.3所述公式，得到7類黃芩制劑的重金屬安全限量值（表8）。《中國藥典》（國家藥典委員會，2015）曾將黃芩的主要功效記載為“清熱燥濕，瀉火解毒，止血，安胎”，即黃芩在肺系疾病及婦科病證的治療中被廣泛應用。平均值充分結合了其他幾類疾病的取值，并且處于肺系疾病與婦科疾病的計算結果之間，故將其作為最終黃芩所含重金屬的安全限值。考慮對常年服用黃芩制劑患者的保護，對于具有致癌毒性效應的As、Cr和 Pb，選擇致癌風險的推定結果作為其安全限量值，其余4種重金屬的安全限量值則根據其非致癌風險的評價結果進行推定，得到 As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的安全限量值如表9。

表7 黃芩在中成藥或復方中的質量分數Table 7 Proportion of S. baicalensis Georgi in Chinese patent medicine or compound

表8 7類黃芩制劑所含重金屬的安全限量值Table 8 Safety limits for heavy metals in 7 preparations mg·kg-1

2.3 基于 7種重金屬安全限量值分析黃芩樣品的超標情況

所采集的5種生長年限的黃芩根樣品中，52%的樣品As含量超標，76%的樣品Cr含量超標，Cd、Cu、Pb、Ni和Zn含量均未超標；而購買所得的黃芩飲片中，90%的樣品 As含量超標，80%的樣品Cr含量超標，Cd、Cu、Pb、Ni和 Zn的含量均未超標；若以《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》來檢驗本研究所收集的黃芩樣品，則As、Pb、Cd、Cu 4種重金屬均未出現超標現象；郭蘭萍等（2017）曾利用THQ（靶標危害系數法）法計算得出了中藥中重金屬Pb、As、Cd和Hg的限量標準值，若在此標準的限定下，本研究所采用的的黃芩樣品中含有的重金屬Pb、As、Cd亦沒有超標，但該標準缺乏對其他重金屬如Cr、Cu、Ni、Zn的含量限定。

3 討論

3.1 黃芩的重金屬安全限量值

近年來，中藥由于其出色的療效和飽受質疑的安全問題備受世界關注，而中藥本身的重金屬超標問題也逐漸成為阻礙中藥國際化的一大貿易壁壘。目前，世界上多個國家和地區都對中藥的重金屬含量進行了控制，但要求參差不齊，缺乏統一規定（郭蘭萍等，2017）。中國于 2001年制定的《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》是常用的限制進出口中藥重金屬含量的規范，其中規定了重金屬總量不得超過20 mg·kg-1，并分別給出了As、Pb、Hg、Cd、Cu的安全限量，但并未給出Cr、Ni和Zn的標準值。該標準廣泛地適用于進出口的藥用植物及制劑，而《中國藥典》中也并未針對黃芩給出相應的評價標準。2015年，由中國中醫科學院牽頭制定的 ISO國際標準《中醫藥-中藥材重金屬限量》（ISO，2015）正式頒布，該標準主要根據 USEPA提出的 THQ法，基于中藥所含重金屬的非致癌風險推定了Pb、As、Cd和Hg的安全限量值，首次將健康風險評價引入中藥材標準制定工作中，使標準制定更為科學。然而，這個標準忽略了As和Pb等可能給人體造成的致癌風險。上述3個標準為針對中藥材及制劑的普適標準，并未考慮不同種類中藥材在臨床使用上的差異性。李璇（2010）曾利用USEPA給出的THQ計算公式，參考WHO給出的每周耐受攝入量（PTWI），計算出了 6種中藥材（西洋參Panax quinquefoliumL.、黃芪Astragalus membranaceus、甘草Glycyrrhiza uralenisFisch.、白芍Paeonia lactifloraPall.、丹參Salvia miltiorrhizaBge.和金銀花Lonicera japonicaThunb.）中的重金屬（As、Pb、Hg、Cd、Cu）限量濃度值，但未考慮長期用藥部分重金屬的致癌風險。

本研究從黃芩制劑的功效主治、服用劑量和服用療程出發，結合重金屬的致癌和非致癌健康風險評價，最終得出了黃芩所含7種重金屬的安全限量值。該標準與已有的《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》和 ISO標準相比，增加了重金屬 Cr、Ni和Zn的安全限量值；且對于具有經口攝入致癌毒性的As和Cr，考慮了黃芩常年服用的致癌風險。本研究中As的安全限量值相對較低，而Cu和Pb相對較高，Cd處于以上兩個標準值之間。與以上標準之間的差異主要是所選取的健康風險評價方法以及相關參數包括黃芩日攝入量和暴露頻率有異。從有效恰當保護中藥服用患者健康的角度考慮，大宗藥材應有各自的安全限量標準。

表9 7種重金屬的安全限量值Table 9 Safety limit values of 7 heavy metals mg·kg-1

3.2 不確定性分析

（1）健康風險評價過程中有關變量的確定：本研究關于黃芩的日攝入量確定只參照了2015版《中國藥典》中的118種制劑，各制劑中黃芩的炮制方法有異，如利用水煎液濃縮干燥壓制成片劑，則對于水煎液來說，黃芩所含的重金屬會有一部分殘留在藥渣，并未全部被人體吸收，造成健康風險估計結果偏高；收集自藥典的黃芩制劑可能與黃芩的實際服用情況存在差異；因對黃芩復方的使用情況缺乏詳細調查，本研究忽略了黃芩復方的具體分析，有失偏頗。就黃芩的暴露時間和暴露頻率來說，由于可供選取的參考文獻較少，并且暴露人群之間年齡、性別、生活環境、暴露方式等差異較大，造成評價結果的不確定性。然而，以上不確定性在現有標準的推定過程中同樣存在，本研究通過藥材品種的限定、功能主治的區分及現有制劑的成分分析等在很大程度上降低了標準推定中的不確定性。

（2）本研究分別評價了重金屬As、Cr和Pb的致癌和非致癌風險，出于保守估計，將基于致癌風險評價推定的結果作為重金屬的安全限值。癌癥發生是長期暴露的結果，該安全限值可以有效保護常年服用含黃芩藥物的患者免受重金屬攝入所致健康危害，但對短期服用者來講可能存在過度保護的情況。

（3）由于多種原因，本研究測定的黃芩樣品數量有限，評價結果可能與市場上黃芩的實際重金屬污染現狀存在一定程度的偏差。

本研究充分考慮了藥用植物黃芩的臨床應用情況，并基于重金屬對人體的健康風險評價結果推定了黃芩所含 As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和 Zn的安全限量值，有利于黃芩的進出口貿易。由于各種中藥材的入藥方式和臨床使用情況差異較大，對于目前世界各組織提出的中藥材重金屬安全限量值可能并不適用于所有中藥材。因此，中藥材所含重金屬安全限量值的制定最好因藥而異，以期取得最佳效果。作為專門針對藥用植物黃芩所推定的重金屬安全限量值，本研究結果為提高黃芩藥材質量、保證臨床用藥安全提供了理論基礎和科學依據，對進一步促進了中藥產業的現代化和國際化具有重要意義。

4 結論

（1）黃芩所含 7種重金屬 As、Cr、Pb、Cd、Cu、Ni和Zn的安全限量值分別為0.2、0.5、28.5、1.2、48.1、24.1、361.0 mg·kg-1；以此為標準，本實驗所選取的兩種來源的黃芩樣品出現了不同程度的重金屬As和Cr的超標情況。

（2）黃芩樣品中所含的重金屬可能在其栽培、采集和炮制過程中被引入，因此，應規范黃芩的采集加工技術，盡量減少樣品中的重金屬含量（尤其是As、Cr和Pb等可能會對人體造成致癌風險的元素），避免對人體健康造成危害。