鎖陽無機元素產地分布規律

顧志榮 薛春苗* 曹俊嶺 葛 斌 楊文華潘 霖

（1.甘肅省人民醫院藥劑科， 甘肅蘭州730000； 2.北京中醫藥大學東直門醫院藥學部， 北京100700；3.北京中醫藥大學東方醫院藥學部， 北京100078）

鎖陽來源于鎖陽科植物鎖陽Cynomorium songaricumRupr.的干燥肉質莖，多寄生于蒺藜科白刺屬植物根部，資源主要分布在內蒙古、甘肅、新疆、青海等西北地區的沙漠及半沙漠地帶［1］。鎖陽是常用中藥、蒙藥及功能保健食品原料，其防治疾病與保健功能均受到人們的廣泛關注與青睞。鎖陽含有黃酮、多酚、三萜、多糖等成分，具有調節性激素水平［2］、增強生殖功能［3］、保護神經損傷［4］、抗氧化［5］、抗骨質疏松［6］、抗前列腺增生［7］、增強免疫［8］等多種藥理作用。

鎖陽富含有Zn、Fe、Ca、Mn、K、Se 等對人體健康、生長發育和疾病防治有益的元素，同時也含有Pb、Cd、Cr、As、Hg 等對人體有害的重金屬元素［9］。文獻檢索發現，鎖陽作為沙生藥用植物，其無機元素／重金屬富集規律及其與產地環境的關聯性研究尚未開展，無機元素的產地分布規律、綜合質量控制與評價、健康風險評估等相關報道較少，僅有10 余年前的無機元素含有量測定研究［9?10］，但因生長環境及氣候條件變化等原因，其參考價值有限。鑒于此，本研究基于多產地、大樣本分析鎖陽無機元素的產地分布規律，建立其元素指紋圖譜，確定特征性無機元素，以期為鎖陽的安全用藥及綜合質量控制與評價提供參考。

1 材料

1.1 藥材 65 批鎖陽藥材，采集于甘肅、內蒙古、新疆、青海、寧夏等5 個省 （區），包括酒泉、敦煌、武威、張掖、阿拉善左旗、阿拉善右旗、石嘴山、和田、喀什、阿勒泰、海南、海西等12 個市／區／州／旗，所有樣品均經甘肅中醫藥大學中藥鑒定教研室李碩副教授鑒定為Cynomorium songaricumRupr.的干燥肉質莖。信息見表1。

表1 樣品信息Tab.1 Information of samples

1.2 儀器與試劑 iCAP RQ 型ICP?MS 儀（美國賽默飛世爾公司）；ETHOS 900 微波消解系統（意大利邁爾斯通公司）；Milli?Q 超純水裝置（法國密理博公司）；BT 125D 電子天平（萬分之一，德國賽多利斯集團）。

鈉（Na）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鈷（Co）、鍶（Sr）、鎳（Ni）、銀 （Ag）、鋇 （Ba）、鈦 （Ti）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）、銅（Cu） 等單元素標準溶液，質量濃度均為1 000 μg／mL，購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；鍺 （Ge）、銦 （In）、鉍 （Bi）、鈧（Sc） 等單元素內標液，質量濃度均為10 μg／mL，購于美國SPEX Certiprep 公司。柑橘葉標準物質（批號GSB?11），購于中國地球物理化學勘察研究所。HNO3和H2O2均為優級純，水為去離子水。

2 方法與結果

2.1 溶液制備

2.1.1 內標液 精密移取Ge、In、Bi、Sc 各單元素內標液適量，置于100 mL 量瓶中，以去離子水稀釋成1 μg／mL 的混合內標液。

2.1.2 對照品溶液 精密量取各單元素標準溶液適量，用2%HNO3溶液，將Na、K、Ca、Mg、Fe元素制備成質量濃度分別為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 μg／L 的系列混合對照品溶液；將Zn、Mn、Co、Sr、Ni、Ba、Ti、Pb、Cu 元素制備成質量濃度分別為0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg／L 的系列混合對照品溶液；將As、Ag、Cr、Cd、Hg 元素制備成質量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg／L 的系列混合對照品溶液。

2.1.3 供試品溶液 取本品粉末（已過80 目篩）約0.5 g，精密稱定后置于聚四氟乙烯消解罐中，精密加入8 mL HNO3和2 mL H2O2，搖勻，靜置至氣泡散盡，置微波消解系統內消解。微波功率為1 000 W，在20 min 內溫度由室溫升至200 ℃，200 ℃維持20 min，待消解完全后冷卻至室溫。取出消解罐，在通風櫥中將酸揮盡，將消解液轉移至50 mL 量瓶中，以去離子水洗滌消解罐與蓋子各3次，洗液合并于量瓶中，以去離子水稀釋至刻度即得。同時、同法制備空白溶液和標準參照物溶液。

2.2 ICP?MS 條件 等離子體射頻功率1 300 W；霧化氣體積流量（氬氣） 1.1 L／min；輔助氣體積流量1.0 L／min；等離子流體積流量15 L／min；霧化室為石英雙通道，霧化室溫度2 ℃；采樣錐孔徑1.1 mm；截取錐孔徑0.4 mm；采樣深度7.0 mm；脈沖電壓為1 050 V；蠕動泵轉數為40 r／min；炬管為石英一體化，2.5 mm 中心通道；駐留時間30 s；動能歧視（KED） 電壓3 V。重復測定3 次取平均值。

2.3 樣品含有量測定 相對分子質量小于100 的元素 Na、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu、Cr、Co、Sr、Ni、Ti、As 采用Ge 作為內標，相對分子質量大于100 的元素Ag、Ba、Pb、Hg、Cd 采用In作為內標。對樣品進行檢測時，內標進樣管需一直置于內標溶液中，同時樣品管需插入質量濃度由低到高的對照品溶液中，依次進行測定。

由于鎖陽中各元素的含有量差異懸殊，故測定Na、K 時稀釋至1／1 000 進行測定，測定Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Co、Sr 時稀釋至1／100 進行測定，測定Cu、Ti 時稀釋至1／10 進行測定。采用外標標準曲線法求取樣品中各元素含有量。

2.4 不同產地鎖陽無機元素含有量比較 將測定結果按市級產地表示為（） 的形式，采用方差分析（ANOVA） 進行兩兩比較，結果見表2。可知，不同產地鎖陽無機元素含有量在一定程度上顯示了產地間差異性，并且含有量分布沒有明顯的地域性聚集特征，其中尤以Ca、Mn、Ni、Cu、Zn、Co、Ti、Cd、Hg 等9 種元素在不同產地間的含有量變異較大。

表2 不同產區樣品無機元素含有量比較（，μg／g）Tab.2 Comparison of inorganic element contents in samples from different origins （，μg／g）

表2 不同產區樣品無機元素含有量比較（，μg／g）Tab.2 Comparison of inorganic element contents in samples from different origins （，μg／g）

續表2

2.5 元素指紋圖譜建立及相似度分析 為直觀比較鎖陽中19 種元素含有量的分布趨勢，本實驗將所有元素擴大或縮小至同一數量級，其中Na、K縮小1 000 倍，Ca、Mg、Fe 縮小100 倍，Zn、Mn縮小10 倍，Ag、Cr、Cd、As 擴大10 倍，Hg 擴大100 倍，其余元素不作改變。將各元素按原子序數由小到大排列，以元素種類為橫坐標、調整后的相對含有量為縱坐標繪制含有量的分布曲線［11］，得到鎖陽無機元素指紋圖譜，見圖1。可以直觀看出，鎖陽元素指紋圖譜的峰型與走勢基本一致，但清楚可見部分樣品的峰型存在特異性且相對含有量差異明顯。

分別以平均數法和中位數法求取對照圖譜，再分別采用“夾角余弦法”［12］“相關系數法”［13］計算指紋圖譜相似度，見表3。65 批鎖陽中，有49批的夾角余弦值＞0.9，26 批的夾角余弦值＜0.9，39 批的相關系數＞0.8，36 批的相關系數＜0.8。表明，部分產地鎖陽樣品的峰型特異性明顯，相對含有量差異較大。

圖1 鎖陽無機元素指紋圖譜Fig.1 Inorganic elemental fingerprints of C.songaricum

2.6 無機元素主成分分析 以鎖陽中19 種無機元素含有量為變量進行主成分分析，主成分分析前先對元素含有量數據進行標準化。結果共提取了5 個主成分（PC1～PC5），主成分分析特征值及貢獻率見表4，投影圖見圖2。主成分分析累積貢獻率達到87.533%，能夠反映整體變量的主要特征。由主成分分析投影圖可知，主成分分析可基于鎖陽中19 種無機元素含有量，對鎖陽樣品進行省級產地的分類鑒別，從而確定鎖陽的省級產地分布輪廓。其中，Ⅰ類是甘肅產鎖陽，Ⅱ類是青海產鎖陽，Ⅲ類是內蒙古產鎖陽，Ⅳ類是新疆產鎖陽；第1 象限主要為甘肅張掖、武威產鎖陽，第2 象限主要為甘肅酒泉、敦煌產鎖陽。同時發現，不同產地鎖陽的區分界線不甚明確，離群樣本較多；并且，主成分分析未能對寧夏產鎖陽進行識別，也無法完全確定鎖陽無機元素的市級產地分布輪廓。

表3 65 批樣品相似度Tab.3 Similarities of sixty?five batches of samples

表4 主成分特征值及貢獻率Tab.4 Eigenvalues and contribution rates of principal components

圖2 樣品主成分分析投影圖Fig.2 Scatter plot of samples by principal component analysis

2.7 基于載荷分析的特征性元素分析 采用載荷分析通過“降維” 原理識別鎖陽的特征性無機元素［14］，見圖3。載荷圖表示各元素對主成分綜合作用的貢獻，每個點代表一種元素，距離原點越遠表示權重越大，即該元素對整體質量的貢獻越大。圖中紅色的點所代表的元素，其變量重要性投影值（VIP） 大于1，表明該元素對整體質量的貢獻度高于平均水平。可知，載荷圖中VIP 值大于1 的元素為Ca、Mn、Ni、Cu、Zn、Co，這些元素是影響鎖陽無機元素整體組成的波動性元素，因此是鎖陽的特征性無機元素，可作為其質量控制與評價的參考之一。

圖3 無機元素主成分載荷圖Fig.3 Loading plot of inorganic elements

2.8 無機元素間相關性分析 結果見表5。顯示鎖陽中的元素Ca?Cu、Fe?Ag、Co?Ba、Na?Mn 均呈正相關 （P＜0.05），Mg?Zn、Mn?Cd、Pb?Cr、K?Ba、K?Cr 均呈負相關（P＜0.05）。在鎖陽對無機元素的吸收累積過程中，呈正相關的元素間存在著協同促進的作用，而呈負相關的元素則存在著相互拮抗作用［15］。

3 討論

2015 年版《中國藥典》 對中藥材中重金屬元素的限度規定為，Pb≤5.0 μg／g，Cd≤0.3 μg／g，Cr≤2.0 μg／g，As ≤2.0 μg／g，Hg ≤0.2 μg／g，Cu≤20.0 μg／g［16］；我國外貿部制定的《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》 （WM2?2001） 中規定與之相同，但未對Cr 作出規定，同時規定了重金屬總量≤20.0 μg／g［17］。與國家標準對比可知，甘肅酒泉、新疆喀什、青海海南等3 個產地鎖陽中Cd 元素超標，分別為（0.330±0.108）、（0.387±0.307）、（0.399±0.146） μg／g；其余各產地樣品中各種重金屬元素及重金屬總量均符合相關規定。

表5 樣品中無機元素的相關性分析Tab.5 Correlation analysis of inorganic elements in various samples

當前，有機成分是中藥材質量控制與評價普遍采用的指標，而無機元素主要從安全性角度對Pb、Cd、As、Hg、Cu 等有害重金屬進行控制［18］，而對其他無機元素并未足夠重視。方差分析證實，Ca、Mn、Ni、Cu、Zn、Co、Ti、Cd、Hg 元素含有量在不同產地間的變異較大，而載荷分析進一步發現Ca、Mn、Ni、Zn、Co、Cu 元素是鎖陽的特征性無機元素。Ca 參與人體神經、骨骼、肌肉代謝，并維持正常神經肌肉興奮性，被譽為“人體生命之本”。超氧化物岐化酶（SOD） 是人體抗氧化損傷的重要保護酶，Zn、Mn、Cu 對SOD 的活性及穩定性具有重要作用［19］。另一方面，目前研究認為Zn／Cu 比值與補腎中藥的補腎助陽作用密切相關［20］。Ni 與Co 均有促進造血功能的作用，貧血病人血Ni、Co 含有量減少，同時Fe 吸收減少，而補充Ni、Co 后紅細胞、血紅素及白細胞均增加，并且Co 能通過組成維生素B12 來參與機體生理活動［21］。可見，本研究所篩選的Ca、Mn、Ni、Cu、Zn、Co 等鎖陽的特征性元素，與其補腎助陽、抗氧化、抗衰老、提高免疫等生物作用密切相關，具有明確的科學依據及指向性。

相似度分析表明，部分產地鎖陽樣品的峰型特異性明顯，相對含有量差異較大，但這些樣品的產地分布沒有明顯的地域性聚集特征，而主成分分析可以進一步對鎖陽樣品進行省級產地的分類鑒別，從而確定鎖陽的省級產地分布輪廓［22］。而另一方面，主成分分析無法完全確定鎖陽無機元素的市級產地分布輪廓，其原因可能與鎖陽的產地分布范圍廣闊，東西跨度大，環境因素差異大有關。

此外，鎖陽中的元素Ca?Cu、Fe?Ag 呈顯著正相關，提示人們在獲取Ca、Cu、Fe、Ag 等元素作為正常補充和調節機體的同時，應注意Cu、Ag 的過度獲取對機體造成傷害。