治療高血壓中藥中微量元素的化學(xué)計量學(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象，運用化學(xué)計量學(xué)方法中的對應(yīng)分析和聚類分析方法進行信息解析。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)計量學(xué)；對應(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引起各種疾病[1-2]。

化學(xué)計量學(xué)是一門針對化學(xué)學(xué)科的分支，它的主要任務(wù)是對化學(xué)量測數(shù)據(jù)進行分析處理，同時確保實驗數(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]?；瘜W(xué)計量學(xué)在發(fā)展過程中結(jié)合數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和計算機科學(xué)產(chǎn)生了一系列的信息解析方法。對應(yīng)分析和聚類分析就是常用的信息方法，在環(huán)境評價、醫(yī)藥研究領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。我們利用對應(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，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 對應(yīng)分析原理與方法簡介

對應(yīng)分析是法國統(tǒng)計學(xué)家J.P.Beozecri提出的用共同的因子軸同時表示樣品和變量的載荷，將R型和Q型因子分析統(tǒng)一起來的一種統(tǒng)計方法，詳細數(shù)學(xué)模型可參考有關(guān)文獻[5-6]。R型因子分析可以發(fā)掘多個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個中藥樣品的第j個微量元素變量值，則對于有n個樣品和m個變量的微量元素數(shù)據(jù)矩陣X＝｛xij｝n×m，對應(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）進行R型因子分析。計算矩陣ZTZ的特征根λ1＞λ2＞…λm和相應(yīng)的單位特征向量U1，U2，…，Um。由特征根的累計方差貢獻率的大小確定因子個數(shù)k并計算R型因子載荷矩陣F。

4）進行Q型因子分析。根據(jù)R型因子分析計算中所確定的因子個數(shù)k，計算對應(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應(yīng)分析

12種中藥微量元素的含量數(shù)據(jù)來源于文獻[8]。對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理以消除數(shù)據(jù)在數(shù)量級和量綱上的差異對分析結(jié)果的影響。對應(yīng)分析的計算程序采用MATLAB6.1語言編制。特征值及R型因子分析的計算結(jié)果見表2，Q型因子分析的計算結(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，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聚圖，見圖1。

圖1 對應(yīng)分析因子和因子載荷平面點聚圖

3 對應(yīng)分析結(jié)果解釋

方差累計貢獻率的大小體現(xiàn)了因子對原始數(shù)據(jù)所含信息反映量的多少。在從表2的計算結(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貢獻率已達92.075 8%。其中，第一主因子的方差貢獻率達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同時受控于兩個主要因子，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

對應(yīng)分析的二因子載荷平面點聚圖可以提供豐富的信息：圖中互相靠近的樣品點群具有相似的性質(zhì)；互相靠近的變量點群表示變量之間的相關(guān)性較大；一個樣品點群可用靠近它的變量點群來描述。從圖1可知，12種中藥在平面點聚圖的縱標軸左右兩邊聚集的情況可分為三類中藥。其中，12號（石決明）可單獨聚為第一類，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（大薊）、1號（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。

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、擴張冠狀動脈的作用[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會導(dǎo)致膽固醇升高，使血管組織失去彈性，誘發(fā)動脈硬化[14]。Zn是機體內(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脈硬化癥[15]。V在正常生理濃度下能促進脂質(zhì)代謝，抑制膽固醇合成，減輕其誘發(fā)動脈硬化的程度[16]。Mo在正常生理濃度下對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)上的相似程度進行分類的一種統(tǒng)計方法，它可以將多指標的數(shù)據(jù)進行分類[18]。先將12種中藥的微量元素原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，對標準化后的數(shù)據(jù)進行聚類分析，應(yīng)用MATLAB6.1軟件采用平均距離方法進行聚類，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（石決明）單獨聚為第一類，3號（大薊）、1號（藥芹）聚為第二類，其余的藥物共聚為第三類，這個分類結(jié)果和對應(yīng)分析聚類結(jié)果是一致的。進一步觀察可以發(fā)現(xiàn)第三類藥物中，4號（槐米）和6號（玉米絲）的相似程度比較高，5號（豬毛菜）和9號（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)標準化處理后，按照數(shù)據(jù)本身的內(nèi)在規(guī)律進行合理的分類，這就大大縮小了主觀判斷造成的誤差，使數(shù)據(jù)評判結(jié)果更具客觀性。

5 結(jié)語

中藥的療效是其所含眾多有機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到歸經(jīng)部位，微量元素的種類及含量對闡明傳統(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進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)計量學(xué)是解析白、灰、黑等復(fù)雜體系中多指標信息的有力工具，適合研究中藥中微量元素所隱含的信息。將化學(xué)計量學(xué)中的對應(yīng)分析和聚類分析結(jié)合起來，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，為進一步研究微量元素與藥效提供了理論基礎(chǔ)。

[1]張勝邦，李錦燕，郭玉生.金銀花中多種金屬元素的碳化酸溶法-ICP-AES研究[J].光譜學(xué)和光譜分析，2007，27（6）：1222.

[2]陳曉敏，屠幼英，徐懿，等.飲用干花中微量元素與黃酮類含量的分析[J].食品工業(yè)科技，2006，27（10）：175-176.

[3]楊忠民，李忠民，趙曰利，等.指紋圖譜相似度新算法的研究[J].中國測試技術(shù)，2008，34（3）：141-144.

[4]申明金，賈飛云，柴震.化學(xué)計量學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用[J].山西醫(yī)藥雜志，2010，39（9）：795-797.

[5]任永麗，李吉鋒.青海和寧夏枸杞子中微量元素的對應(yīng)聚類分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（31）：15119-15120.

[6]李吉鋒，高錦紅.對應(yīng)分析法在中藥微量元素研究中的應(yīng)用[J].中草藥，2008，39（12）：1761-1764.

[7]吳文靜，王世東，周鑫，等.基于因子分析的痛風(fēng)病病機研究[J].世界中醫(yī)藥，2013，8（5）：491-493.

[8]劉永蓮，吳啟勛.12種治療高血壓中藥材的微量元素的因子分析[J].海南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，28（1）：41-44.

[9]王薇，馬玉秀，徐泰國，等.8種心血管類中藥微量元素與藥效的研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，36（1）：109-112.

[10]黃冬蘭，陳小康，徐永群，等.溪黃草及其近緣種中微量元素含量的測定與分析[J].光散射學(xué)報，2013，25（1）：103-108.

[11]劉梯樓，簡紅霞，蔣竹雯，等.野生葛根中微量元素的測定[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（8）：308-309.

[12]張宇.不同產(chǎn)地當歸中金屬微量元素的比較研究[J].天津藥學(xué)，2010，22（5）：16-19.

[13]劉志勇，李洪亮.原子吸收光譜法測定中藥雪花草中6種礦物質(zhì)元素[J].廣東微量元素科學(xué)，2012，19（11）：5-8.

[14]董順福，韓麗琴，劉建華，等.黃芪等中藥總黃酮與金屬元素含量測定及聚類分析[J].時珍國醫(yī)國藥，2010，21（3）：650-652.

[15]高錦紅，李吉鋒，祝寶林，等.清熱解毒中藥中微量元素的因子分析和聚類分析[J].西南民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，34（5）：970 -973.

[16]金日光，牟雪雁.當代中醫(yī)藥生命動力學(xué)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007：20-21.

[17]金建華，俞青芬.治療心血管疾病中藏藥微量元素的對應(yīng)分析[J].西南民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，39（3）：333-335.

[18]侯園園，周萍，張韞.Matlab程序?qū)崿F(xiàn)心臟形態(tài)學(xué)形狀主成分的聚類分析[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14（52）：9777-9780.

[19]段玉林，吳雪，張少梅，等.ICP-MS法測定中藥青風(fēng)藤中28種元素[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，32（5）：415-419.

[20]曾琦斐.中藥黨參中微量元素與氨基酸含量的測定[J].中國醫(yī)藥導(dǎo)報，2010，7（19）：65-66.

（2013-07-25收稿 責任編輯：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