基于健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(hù)與利用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xué)地理科學(xué)學(xué)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(qū)的居民還有將黃芩芽、葉采集代茶飲的習(xí)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(chǎng)需要，農(nóng)用地人工栽培黃芩面積逐漸增大，但由于農(nóng)民栽培技術(shù)、人工管理模式不成熟以及選地不合理等原因?qū)е略耘帱S芩的產(chǎn)量和質(zhì)量差異較大，臨床效果得不到保證。重金屬（類金屬砷的性質(zhì)與重金屬相似，故將其歸為重金屬）廣泛存在于環(huán)境中，是影響黃芩產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素（Wang et al.，2018；Cao et al.，2009）。近年來已發(fā)生了多起中藥因重金屬超標(biāo)而被退回的事件，這大大損害了中藥的聲譽(yù)，影響中國中藥產(chǎn)業(yè)的國際化進(jìn)程（趙連華等，2014）。然而，目前關(guān)于黃芩所含重金屬的研究相對(duì)較少，但從其他研究中不難看出，過高濃度的重金屬積累會(huì)影響到植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)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(huì)影響用藥安全，對(duì)患者健康產(chǎn)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(xiàn)行的《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（中華人民共和國國家中醫(yī)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(huì)，2015）已經(jīng)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(jīng)基于中藥材中鉛、砷、鎘、汞4種重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果建立了《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。然而，以上標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合黃芩的實(shí)際使用情況，基于黃芩中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果推出了As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的安全限量值，以此為標(biāo)準(zhǔn)分析了采自北京市門頭溝區(qū)的黃芩根樣品以及購自安國、亳州兩大藥材市場(chǎng)的黃芩飲片中所含 7種重金屬的超標(biāo)情況，為指導(dǎo)黃芩的安全使用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與前處理

本實(shí)驗(yàn)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(qū)靈之秀農(nóng)業(yè)園采集一年生至五年生的黃芩根樣品（每個(gè)生長(zhǎng)年限采集5株，共得到25個(gè)黃芩根樣品）。根據(jù)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(biāo)記，于55 ℃烘干至恒重，并用高速旋轉(zhuǎn)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(cè)；于2018年3月先后在安國和亳州兩大藥材市場(chǎng)各收集5份黃芩飲片，以同樣的方法粉碎、保存待測(cè)。黃芩樣品均經(jīng)過北京師范大學(xué)張文生教授鑒定。

1.2 重金屬的含量測(cè)定

用萬分之一分析天平（Mettler ToledoME104，瑞士 Mettler Toledo公司）準(zhǔn)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(jí)），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(dòng)。在165 ℃的烘箱中加熱 4 h，冷卻后取出小罐，將樣品轉(zhuǎn)移至離心管中，并用超純水定容至 10 mL，待測(cè)。采用ICP-AES（SPECTRO ARCOS EOP，美國阿美特克集團(tuán)——德國斯派克分析儀器公司）檢測(cè)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(xué)勘查研究所）標(biāo)樣內(nèi)插對(duì)黃芩樣品的分析進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 基于健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重金屬安全限量值推定

化學(xué)物質(zhì)對(duì)于人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)可以分為非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)。在評(píng)價(jià)過程中，通常以商值法（HQ法）來表示物質(zhì)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，即將暴露量與參考劑量（經(jīng)口暴露）的商值與1進(jìn)行比較，若大于1則表明該污染物的暴露可能對(duì)人體造成非致癌風(fēng)險(xiǎn)，反之則表示該暴露水平下不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害；在評(píng)價(jià)污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，先定性判斷該物質(zhì)是否具有致癌毒性，然后再根據(jù)已有的暴露水平數(shù)據(jù)和劑量-效應(yīng)關(guān)系來定量估算個(gè)體終生暴露所產(chǎn)生的致癌概率（曹紅斌，2012）。

1.3.1 基于非致癌風(fēng)險(xiǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)（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(huán)境保護(hù)部，2013）；RfD 為參考劑量（mg·kg-1·d-1），取值詳見表 1；ED為暴露時(shí)間（a）。根據(jù)董歷華等（2014）對(duì)黃芩處方的調(diào)查分析結(jié)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(shè)為70年（姜陽，2013），則ED取35 a；暴露頻率EF（d·a-1）則根據(jù)不同病癥的黃芩復(fù)方、成藥及療程確定（詳見2.2.2），則總暴露時(shí)間為 35×EF d；平均化時(shí)間AT=ED×365 d。WHO的《藥用植物質(zhì)量控制方法》規(guī)定，來源于藥用植物的有害物質(zhì)含量不超過該物質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)（x%）也各不相同（x%取值詳見2.2.3）。若HQ＜1，則認(rèn)為該重金屬元素不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)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(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)R計(jì)算如下：

表1 7種重金屬經(jīng)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(duì)于可產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)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(jù)WHO給出的最高風(fēng)險(xiǎn)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(jié)果與分析

2.1 黃芩的重金屬含量

使用ICP-AES檢測(cè)黃芪（GBW 10028）標(biāo)樣的7種重金屬元素，測(cè)定結(jié)果都在相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，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(cè)方法較為準(zhǔn)確。因此，本試驗(yàn)采用ICP-AES法測(cè)定了采自北京市門頭溝區(qū)的黃芩根樣品和購自安國、亳州兩大藥材市場(chǎng)的黃芩飲片的重金屬含量，測(cè)定結(jié)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(huì)，2015）中以黃芩為主要成分的118種制劑，根據(jù)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(dǎo)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(duì)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(jì)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(tǒng)計(jì)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(jù)其功效主治進(jìn)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(xiàn)中關(guān)于黃芩的臨床使用療程（見表5），按上述方法將16篇文獻(xiàn)中涉及的疾病進(jìn)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(jìn)行對(duì)應(yīng)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)（x%）的確定

根據(jù)藥典收集的118種黃芩制劑中不同藥材的含量，計(jì)算得到黃芩在各制劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：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(jì)600.15 g，則黃芩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%。同樣，得到七大類制劑中黃芩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如表7。

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

表3 市場(chǎng)購置黃芩飲片的重金屬檢測(cè)結(jié)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(jù)重金屬可能給人體帶來的致癌或非致癌風(fēng)險(xiǎn)，將相應(yīng)參數(shù)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）?！吨袊幍洹罚▏宜幍湮瘑T會(huì)，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(yīng)用。平均值充分結(jié)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(jì)算結(jié)果之間，故將其作為最終黃芩所含重金屬的安全限值?？紤]對(duì)常年服用黃芩制劑患者的保護(hù)，對(duì)于具有致癌毒性效應(yīng)的As、Cr和 Pb，選擇致癌風(fēng)險(xiǎn)的推定結(jié)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(jù)其非致癌風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)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(fù)方中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(biāo)情況

所采集的5種生長(zhǎng)年限的黃芩根樣品中，52%的樣品As含量超標(biāo)，76%的樣品Cr含量超標(biāo)，Cd、Cu、Pb、Ni和Zn含量均未超標(biāo)；而購買所得的黃芩飲片中，90%的樣品 As含量超標(biāo)，80%的樣品Cr含量超標(biāo)，Cd、Cu、Pb、Ni和 Zn的含量均未超標(biāo)；若以《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》來檢驗(yàn)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(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；郭蘭萍等（2017）曾利用THQ（靶標(biāo)危害系數(shù)法）法計(jì)算得出了中藥中重金屬Pb、As、Cd和Hg的限量標(biāo)準(zhǔn)值，若在此標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，但該標(biāo)準(zhǔn)缺乏對(duì)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(zhì)疑的安全問題備受世界關(guān)注，而中藥本身的重金屬超標(biāo)問題也逐漸成為阻礙中藥國際化的一大貿(mào)易壁壘。目前，世界上多個(gè)國家和地區(qū)都對(duì)中藥的重金屬含量進(jìn)行了控制，但要求參差不齊，缺乏統(tǒng)一規(guī)定（郭蘭萍等，2017）。中國于 2001年制定的《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》是常用的限制進(jìn)出口中藥重金屬含量的規(guī)范，其中規(guī)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(biāo)準(zhǔn)值。該標(biāo)準(zhǔn)廣泛地適用于進(jìn)出口的藥用植物及制劑，而《中國藥典》中也并未針對(duì)黃芩給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。2015年，由中國中醫(yī)科學(xué)院牽頭制定的 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》（ISO，2015）正式頒布，該標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù) USEPA提出的 THQ法，基于中藥所含重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)推定了Pb、As、Cd和Hg的安全限量值，首次將健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)引入中藥材標(biāo)準(zhǔn)制定工作中，使標(biāo)準(zhǔn)制定更為科學(xué)。然而，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)忽略了As和Pb等可能給人體造成的致癌風(fēng)險(xiǎn)。上述3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為針對(duì)中藥材及制劑的普適標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)算公式，參考WHO給出的每周耐受攝入量（PTWI），計(jì)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(zhǎng)期用藥部分重金屬的致癌風(fēng)險(xiǎn)。

本研究從黃芩制劑的功效主治、服用劑量和服用療程出發(fā)，結(jié)合重金屬的致癌和非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，最終得出了黃芩所含7種重金屬的安全限量值。該標(biāo)準(zhǔn)與已有的《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》和 ISO標(biāo)準(zhǔn)相比，增加了重金屬 Cr、Ni和Zn的安全限量值；且對(duì)于具有經(jīng)口攝入致癌毒性的As和Cr，考慮了黃芩常年服用的致癌風(fēng)險(xiǎn)。本研究中As的安全限量值相對(duì)較低，而Cu和Pb相對(duì)較高，Cd處于以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值之間。與以上標(biāo)準(zhǔn)之間的差異主要是所選取的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法以及相關(guān)參數(shù)包括黃芩日攝入量和暴露頻率有異。從有效恰當(dāng)保護(hù)中藥服用患者健康的角度考慮，大宗藥材應(yīng)有各自的安全限量標(biāo)準(zhǔn)。

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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中有關(guān)變量的確定：本研究關(guān)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(duì)于水煎液來說，黃芩所含的重金屬會(huì)有一部分殘留在藥渣，并未全部被人體吸收，造成健康風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)結(jié)果偏高；收集自藥典的黃芩制劑可能與黃芩的實(shí)際服用情況存在差異；因?qū)S芩復(fù)方的使用情況缺乏詳細(xì)調(diào)查，本研究忽略了黃芩復(fù)方的具體分析，有失偏頗。就黃芩的暴露時(shí)間和暴露頻率來說，由于可供選取的參考文獻(xiàn)較少，并且暴露人群之間年齡、性別、生活環(huán)境、暴露方式等差異較大，造成評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性。然而，以上不確定性在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)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(qū)分及現(xiàn)有制劑的成分分析等在很大程度上降低了標(biāo)準(zhǔn)推定中的不確定性。

（2）本研究分別評(píng)價(jià)了重金屬As、Cr和Pb的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，出于保守估計(jì)，將基于致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)推定的結(jié)果作為重金屬的安全限值。癌癥發(fā)生是長(zhǎng)期暴露的結(jié)果，該安全限值可以有效保護(hù)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(duì)短期服用者來講可能存在過度保護(hù)的情況。

（3）由于多種原因，本研究測(cè)定的黃芩樣品數(shù)量有限，評(píng)價(jià)結(jié)果可能與市場(chǎng)上黃芩的實(shí)際重金屬污染現(xiàn)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(yīng)用情況，并基于重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)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(jìn)出口貿(mào)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(duì)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(duì)藥用植物黃芩所推定的重金屬安全限量值，本研究結(jié)果為提高黃芩藥材質(zhì)量、保證臨床用藥安全提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)了中藥產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化和國際化具有重要意義。

4 結(jié)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(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)所選取的兩種來源的黃芩樣品出現(xiàn)了不同程度的重金屬As和Cr的超標(biāo)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(yīng)規(guī)范黃芩的采集加工技術(shù)，盡量減少樣品中的重金屬含量（尤其是As、Cr和Pb等可能會(huì)對(duì)人體造成致癌風(fēng)險(xiǎn)的元素），避免對(duì)人體健康造成危害。