常用降壓類中草藥中微量元素的主成分分析

曾擎屹，王小慧，王 方，李芳君*

(1.武警廣東省總隊醫(yī)院 藥劑科，廣東 廣州 510507；2.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院 燒傷與皮膚外科，陜西 西安 710032；3.中國人民解放軍海軍第九零五醫(yī)院，上海 松江 201600)

近年來，隨著人民群眾生活水平逐漸步入小康，人民群眾在獲得豐富物質(zhì)條件的背景下也出現(xiàn)了許多新的健康問題，其中高血壓患者比例迅速提升這個問題顯得尤為矚目[1-2]。因此，對降壓類藥物研究和探索變得迫在眉睫。與此同時我國擁有產(chǎn)量豐富、種類繁多的中草藥資源,僅典籍記載,已多達5000種以上,而這些資源中含有許多對降壓起效的中草藥，它們在高血壓的防治過程中發(fā)揮了重要作用[3-4]。微量元素作為中草藥的內(nèi)在成分之一，它的含量不僅影響著中草藥的品質(zhì)，還影響到中草藥的功效[5-6]，且微量元素與人體健康密切相關(guān)，微量元素的含量變化，將引起人體生理機能的失調(diào)，甚至疾病。高血壓疾病便與微量元素存在千絲萬縷的聯(lián)系，而中草藥中都含有多種微量元素，它們之間既相互聯(lián)系又無法通過單因子確定其的作用[7]，本文利用主成分分析法把常用的 9 種治療高血壓疾病中草藥的微量元素含量與中草藥樣本結(jié)合起來，探討中草藥中微量元素與其藥效的關(guān)系 ,為中草藥的臨床應用及開發(fā)提供科學可靠的依據(jù)[8-10]。

1 資料與方法

1.1 原始數(shù)據(jù) 本論文所選擇的9種常用降壓類中草藥中的鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉛(Pb)等8種微量元素的含量數(shù)據(jù)來自文獻[11]，見表1。

表1 九種降壓類中藥材中 8 種微量元素含量(μg/g)

1.2 原始數(shù)據(jù)的標準化處理 為了降低原始數(shù)據(jù)由于量綱不同所造成的影響，對原始數(shù)據(jù)采用SPSS22.0 軟件進行標準化處理，結(jié)果見表2。

表2 標準化數(shù)據(jù)

1.3 研究方法 主成分分析法是利用數(shù)學降維的思想，通過少數(shù)幾個綜合變量來替代原始繁多的變量，這幾個綜合變量互不相關(guān)，并可以保留大部分原始數(shù)據(jù)內(nèi)容，且每個綜合變量都是原始變量線性組合，通過對這幾個綜合變量的運算可使數(shù)據(jù)信息更簡單直觀，更清楚[12-14]。

2 結(jié) 果

首先考察檢驗數(shù)據(jù)是否可以進行主成分分析，對表2中數(shù)據(jù)進行KMO檢驗與Bartlett檢驗。結(jié)果顯示，KMO檢驗值為0.581>0.5，適合進行主成分分析；Bartlett檢驗值Sig為0.000<0.05，說明變量間相關(guān)性顯著，見表3。

表3 KMO與Bartlett檢驗

由表4的主因子特征值與方差貢獻率可得，前2個因子的貢獻率分別為65.573%，16.462%，前兩個因子方差累計貢獻率為82.036%，大于80%，即可以用前2個因子來解釋9種降壓類中草藥82.036%的信息含量，所以可以通過前2個因子作為主成分進行主成分分析。

表4 特征值及方差貢獻率

由主成分載荷系數(shù)矩陣表5中可知，銅(Cu)元素和鉻(Cr)元素在第一主成分上有比較高的載荷，說明第一主成分主要反映的是銅(Cu)元素和鉻(Cr)元素的信息：鐵(Fe)元素在第二主成分上有比較高的載荷，說明第二主成分主要反映的是鐵(Fe)元素的信息。根據(jù)各元素在不同主成分上的載荷，可確定銅(Cu)元素、鉻(Cr)元素和鐵(Fe)元素三種元素為來自9種常用降壓類中草藥樣品的特征元素。

表5 主成分載荷系數(shù)矩陣表

根據(jù)9種常用降壓類中草藥樣品的微量元素之間的載荷矩陣可得出各因子的得分，然后得出主成分的排名，并以各因子的貢獻率作為權(quán)重進行線性加權(quán)求和，因而得出9種常用降壓類中草藥樣品的綜合得分，如表6所示。

表6 主成分得分與排名

各因子得分函數(shù)：

F1=0.1585ZFe+0.3868ZCr+0.3096ZPb+0.3554ZZn+0.4301ZCu+0.3724ZNi+0.3663ZAs+0.3816ZCd

F2=0.7346ZFe+0.1429ZCr+0.4183ZPb-0.2266ZZn+0.0619ZCu-0.2335ZNi-0.3912ZAs-0.0444ZCd

綜合得分函數(shù)：

F=0.5246F1+0.1317F2

由表6可知，排在前3位的是夏枯草、三七、丹參；排在第4到第6名的是木香、荷葉、山楂，這6種降壓類中草藥樣品中的銅(Cu)元素、鉻(Cr)元素和鐵(Fe)元素含量均較高，而杜仲、靈芝、葛根這后3種樣品中的銅(Cu)元素、鉻(Cr)元素和鐵(Fe)元素含量均較低，說明這三種元素含量的高低與我們所選中的9降壓類中草藥樣品的質(zhì)量存在一定的相關(guān)性。

3 討論

微量元素在機體的組成及生理過程中都發(fā)揮著不可替代的作用，它們的缺少或過多，都將會破壞機體的生理平衡，導致人體發(fā)生各種疾病。而本文研究的鉻(Cr)、砷(As)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)這6種微量元素又是目前公認的15種必須微量元素之一，它們的缺乏將引起機體既不能生長又不能完成其生命周期[15]。所以及時補充微量元素顯得尤為重要，但是因為微量元素不能在體內(nèi)合成，只能從外界攝取，所以攝取物微量元素的含量可以作為攝取物質(zhì)量評價的重要指標之一。因此我們通過主成分分析法對9種常用降壓類中草藥中微量元素的含量進行質(zhì)量評價和療效分析是有科學依據(jù)的。

由主成分分析的結(jié)果可得出，第一主成分與微量元素銅(Cu)和鉻(Cr)的關(guān)系比較密切。二者中的銅(Cu)元素是高血壓的保護因子，因與腎素系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所以可以影響血壓的調(diào)節(jié)[16]，同時銅(Cu)元素與血管壁的生理功能密切相關(guān)，如果機體出現(xiàn)缺銅的情況將導致血管壁張力發(fā)生改變，增加心肌脆性，引起心肌損傷。因此保證體內(nèi)正常銅(Cu)元素的含量以維持血管的正常生理彈性，對血壓的平衡起著一定的作用[17]。鉻(Cr)元素是人體必須的微量元素，它具有防治動脈粥樣硬化、冠心病、心腦血管疾病的作用。許多流行病資料證明，人體內(nèi)的鉻(Cr)元素含量與心血管疾病呈負相關(guān)關(guān)系，高血壓疾病與鉻(Cr)元素含量之間的聯(lián)系也符合這個規(guī)律，即高血壓病人有出現(xiàn)低鉻(Cr)的情況，說明鉻(Cr)元素含量與人體血壓存在某種聯(lián)系，具體原因尚不清楚，有待進一步研究[18]。第二主成分與微量元素鐵(Fe)密切相關(guān)。1990年Loyke[19]研究發(fā)現(xiàn)，臨床應用鐵劑治療高血壓，部分患者出現(xiàn)收縮壓和舒張壓增高的現(xiàn)象。提示鐵(Fe)元素與血壓的增高有關(guān)系。可能的原因是平滑肌細胞合成低密度脂蛋白(LDL)必須有鐵的參與，鐵離子并且能通過激活的中性粒細胞，促進動脈平滑肌細胞對低密度脂蛋白(LDL)的轉(zhuǎn)化作用，加速動脈粥樣硬化斑塊的形成，導致血管彈性,內(nèi)徑發(fā)生改變,而血管內(nèi)徑的大小是影響外周阻力和血壓的主要因素[20]。

綜上所述，通過主成分分析法對9種常用降壓類中草藥中微量元素的含量進行質(zhì)量評價，得出的結(jié)果為：由優(yōu)到差的排名順序為夏枯草、三七、丹參、木香、荷葉、山楂、杜仲、靈芝、葛根。因此針對降壓類中草藥進行進一步研究時可優(yōu)先考慮夏枯草、三七、丹參這三種藥材。