溫里、解表類中藥微量元素測(cè)定及主成分分析*

廖少華，宣夢(mèng)仁，徐 帆，賴聞玲，薛 珺

(1.贛州市人民醫(yī)院；2.贛南師范大學(xué)，江西 贛州 341000)

中藥常根據(jù)功效分類，比如溫里類中藥指具有溫里助陽、散寒通絡(luò)、回陽救逆功效的藥物；解表類中藥具有發(fā)散表邪，解除表證作用。兩類中藥藥理、功效不同，臨床適用癥也不同。中藥成分非常復(fù)雜，其成分有糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、脂類、酶、維生素、有機(jī)酸、鞣質(zhì)、揮發(fā)油、生物堿、甙類及無機(jī)鹽等，藥效成分主要是有機(jī)物[1]，但研究表明中藥中微量元素與藥效有著內(nèi)在聯(lián)系[2-3]。陳和利報(bào)導(dǎo)了中草藥的功效不但與微量元素的含量有關(guān)，還與微量元素含量比例有關(guān)[4]?，F(xiàn)代醫(yī)藥對(duì)中藥中微量元素的研究也日趨活躍[5-6]。

每一種中藥中都含有多種微量元素，元素之間具有相互的聯(lián)系，因而無法用單因子確定某種元素的作用[7]，多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法如主成分分析法已廣泛應(yīng)用于中草藥中微量元素的研究[8-10]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)是元素含量分析的重要分析方法[11-13]。本文應(yīng)用ICP-AES法對(duì)溫里類中藥高良姜、干姜、花椒、吳茱萸、胡椒、肉桂、八角茴香、附子和解表類中藥麻黃、菊花、香薷、蘇葉、柴胡、羌活、升麻、薄荷中的Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn等7種微量元素進(jìn)行測(cè)定，并用主成分分析法分別對(duì)兩類中藥中的微量元素主成分進(jìn)行分析比較，意在探討這兩類不同藥效的中藥微量元素主成分的區(qū)別和聯(lián)系，更科學(xué)和客觀的評(píng)價(jià)微量元素在中草藥中的作用。

1 材料與方法

1.1儀器和試劑Prodigy XP型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(美國(guó)利曼公司)，H2O2(優(yōu)級(jí)純)，HNO3(優(yōu)級(jí)純)，所有玻璃器皿均在10%的硝酸中浸泡24 h以上，所用水為二次去離子水。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：鎂、鈣、鉀、銅、鐵、鋅、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液(均為1 000 μg·mL-1，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)，將標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋配成所需濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，見表1。

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度/μg·mL-1

1.2試藥所有藥材均購(gòu)自江西藥都堂中藥飲片有限公司，來源見表2，藥材品種經(jīng)中藥師王琛鑒定確認(rèn)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1樣品處理藥材經(jīng)清洗、烘干，瑪瑙研缽研碎過篩，準(zhǔn)確稱取1 g左右以20 mL的濃硝酸常溫下預(yù)消解24 h，再緩慢加入0.8 mL 30%的過氧化氫低溫消解。待藥品消解完全后，趕酸后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，用超純水定容。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

表2 中草藥材樣品來源

1.3.2儀器工作條件ICP-AES工作條件：射頻功率1.0 KW，冷卻氣18 L·min-1，輔助氣0.5 L·min-1，載氣壓力34 Pa.s，樣品提升量1.4 mL·min-1；Mn、Fe、Cu、Zn水平觀測(cè)，積分時(shí)間20 s；K、Ca、Mg垂直觀測(cè)，積分時(shí)間5 s。分析波長(zhǎng)分別為：Mg 285.213 nm、Ca 315.887 nm、K 766.491 nm、Cu 324.754 nm、Fe 259.940 nm、Zn 213.856 nm、Mn 259.372 nm。

1.3.3回收率實(shí)驗(yàn)稱取菊花樣品，分別加入不同濃度的一定量Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液，按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試并計(jì)算回收率。

1.3.4標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限在選定工作條件下對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，繪制工作曲線。對(duì)空白溶液平行測(cè)試11次，取標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度值的3倍為各元素檢出限。見表3。

1.3.5主成分分析及差異性分析以Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn 7個(gè)微量元素含量為因子，對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，再通過SPSS 23.0軟件先計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化處理后數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣，然后計(jì)算相關(guān)矩陣的特征值、特征向量和方差的貢獻(xiàn)率[14]。其中溫里類和解表類各微量元素含量間的方差分析及差異性分析采用One-Way ANOVA進(jìn)行。

表3 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

2 結(jié)果與分析

2.1方法的可靠性在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，測(cè)試各標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，繪制各元素工作曲線，其線性相關(guān)系數(shù)在0.999 88～1.000 00之間。方法的加標(biāo)平均回收率在92.3%～109.6%(表4)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2.5%。

2.2中藥中各微量元素的檢測(cè)結(jié)果在試驗(yàn)條件下，用ICP-AES對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果見表5。

表4 回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

表5 樣品中微量元素的含量/μg·g-1

特征值表示每一個(gè)因子描述了原有變量總方差中的量，各因子變量的方差貢獻(xiàn)率,也是衡量因子重要程度的指標(biāo)。因子變量的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，表示前m個(gè)因子描述的總方差占原有變量的總方差的比例。由表4主因子的特征值和方差貢獻(xiàn)率可知，前三個(gè)因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.084%，大于80%。也就是說前三個(gè)因子提供了84.084%的溫里類中藥微量元素的原始信息。由表5主因子的特征值和方差貢獻(xiàn)率可知，前三個(gè)因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.330%，大于80%。即前三個(gè)因子提供了81.330%的解表類中藥微量元素的原始信息，所以兩類中藥的微量元素都可以利用前三個(gè)因子進(jìn)行主成分分析。

2.3微量元素含量主成分分析首先對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以消除量綱不同的影響，再通過SPSS 23.0軟件計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化處理后數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣及相關(guān)矩陣的特征值、特征向量和方差的貢獻(xiàn)率，溫里類和解表類中藥7個(gè)特征值和方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率計(jì)算結(jié)果分別見表6、表7。

表6 溫里類中藥相關(guān)系數(shù)特征值和方差貢獻(xiàn)率

表7 解表類中藥特征值和方差貢獻(xiàn)率

運(yùn)用SPSS 23.0軟件分別計(jì)算溫里類和解表類中草藥中微量元素之間的相關(guān)關(guān)系矩陣、載荷矩陣(見表8、表9)并建立主因子模型。從主因子模型可以直觀反映各個(gè)原始變量與主成分的相關(guān)程度，同時(shí)也反映了變量的重要程度及作用。

2.4兩類藥材微量元素含量差異性分析微量元素含量分析顯示，兩類藥材中Mg、Ca、K、Mn的含量差異性不顯著，而Cu、Fe、Zn含量存在顯著差異，這3個(gè)元素含量解表類均顯著高于溫里類(P=0.017、0.003、0.000)。

表8 溫里類中藥主成分載荷矩陣

注:溫里類中草藥微量元素主因子模型如下:

F1=-0.183ZMg-0.698ZCa-0.055ZK-0.757ZCu+0.842ZFe+0.337ZZn+0.794ZMn;

F2=0.896ZMg-0.485ZCa-0.177ZK-0.109ZCu-0.369ZFe+0.840ZZn-0.299ZMn;

F3= 0.097ZMg-0.401ZCa+0.960ZK+0.460ZCu+0.035ZFe-0.008ZZn+0.140ZMn。

表9 解表類中藥主成分載荷矩陣

注:解表類中草藥微量元素主因子模型如下:

F1= -0.085ZMg-0.537ZCa+0.682ZK+0.776ZCu-0.637ZFe+0.892ZZn+0.568ZMn;

F2=0.680ZMg-0.250ZCa+0.485ZK+0.454ZCu+0.221ZFe-0.196ZZn-0.783 ZMn;

F3=-0.642ZMg-0.251ZCa+0.246ZK-0.007ZCu+0.717ZFe+0.237ZZn-0.186 ZMn。

3 討 論

對(duì)中藥材微量元素含量的分析研究主要集中于個(gè)別藥材少數(shù)元素的分析[15]，少有對(duì)功效相近的藥材進(jìn)行類別分析，其中有對(duì)解表類7種藥材的微量元素進(jìn)行測(cè)定，本研究中菊花、薄荷、升麻、紫蘇葉、柴胡、羌活中各微量元素含量與文獻(xiàn)[16]中結(jié)果不同，可能與產(chǎn)地、品質(zhì)等有關(guān)[9]。

本研究中兩類中藥的微量元素都可以利用前三個(gè)因子進(jìn)行主成分分析。根據(jù)主因子模型，溫里類第一主成分與Fe、Mn關(guān)系密切，第二主成分與Mg、Zn關(guān)系密切，第三主成分與K關(guān)系密切；而解表類第一主成分與Zn、Cu關(guān)系密切，第二主成分與Mn關(guān)系密切，第三主成分與Fe關(guān)系密切。以往的研究[9]中顯示解表類藥材中Cu和Mg在主成分1中起主要作用，Zn和Fe在主成分2中起主要作用，主成分3與Ca、Cu關(guān)系密切，這些結(jié)果都顯示解表類藥材中Zn、Cu、Fe是主要的特征成分。

各微量元素在人體生理中所起的作用已有詳盡的研究，聯(lián)系中藥的功效，有研究[4]顯示具有平肝熄風(fēng)、收澀、 清熱、活血、補(bǔ)腎壯陽作用的中藥中Zn的含量較高，具有芳香化濕、溫里及滋陰藥中Mn的含量較高。另外Cu、Fe等對(duì)人體內(nèi)生理功能具有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)植物類中藥中微量元素的含量顯著， 且植物種類不同，元素含量差異很大[6]，可以依據(jù)微量元素含量對(duì)其進(jìn)行藥性分類。本研究中按傳統(tǒng)藥性分類的溫里類和解表類藥材中Cu、Fe、Zn含量存在顯著差異，且Cu、Fe、Zn是解表類藥材的主要的特征成分，在進(jìn)行藥性分類和功效研究時(shí)可以以Cu、Fe、Zn含量作為特征成分。