中藥重金屬富集規(guī)律研究進(jìn)展

馬曉莉，王虎,梁翠云，張逸

(1.河北大學(xué)護(hù)理學(xué)院，河北 保定 071000; 2.河北大學(xué)中醫(yī)學(xué)院,河北 保定 071000)

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計表明，植物源藥物的使用在全球越來越廣泛，全球51%的處方含藥用植物[1]，約有25%的處方藥來自植物。中國是世界上最大的草藥生產(chǎn)國，中藥產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值約2 000億美元，預(yù)計到2050年，將增至5萬億美元[2]。但中國出口額僅占世界天然藥物貿(mào)易額的6.92%[3]，重金屬含量超標(biāo)問題已成為中國中藥出口貿(mào)易的“綠色壁壘”。因此，國家制定了《中醫(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要》，指出要推進(jìn)中藥材規(guī)范化種植養(yǎng)殖，全面提升中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。藥用植物對重金屬的吸收及積累對人類健康構(gòu)成潛在威脅[4]，重金屬具有較低的腎臟排泄率，低濃度也可能對人體產(chǎn)生不利影響[5]，必須嚴(yán)格控制中藥中重金屬限量。本文對近年來中藥重金屬含量及吸收富集規(guī)律等方面的研究進(jìn)行總結(jié)概括，以期為中藥重金屬研究和安全生產(chǎn)提供參考。

1 中藥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

重金屬超標(biāo)問題在國際中藥材市場備受關(guān)注，也是制約中藥出口的主要因素。為了與國際接軌，盡快提升中藥品質(zhì)，《中國藥典》(2005年版)增加了中藥材重金屬總量限制檢測，涉及8個中藥品種；《中國藥典》(2010年版)規(guī)定了6種中藥材的重金屬限量；《中國藥典》(2015年版)檢測品種為27種；《中國藥典》(2020年版)增補(bǔ)了11個檢測品種。5種重金屬包括Cu、Pb、As、Cd、Hg，限量標(biāo)準(zhǔn)見表1[6-7]。

1.2 其他國家、地區(qū)及國際組織標(biāo)準(zhǔn)

天然藥物存在著巨大開發(fā)價值和市場前景，2015年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布了《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》，日本、英國、美國、印度等國家和地區(qū)對中藥材的重金屬限量要求嚴(yán)格，均制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)[8]，見表1。

由表1可知，2020版《中國藥典》規(guī)定的中藥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)與歐盟、美國相當(dāng)，并對Cu的限量做了嚴(yán)格的限定。除了日本，其它國家、地區(qū)并沒有規(guī)定Cu的限量。但從檢測范圍看，目前中國藥典規(guī)定的檢測品種較少，與其他國家、地區(qū)還有較大差距。為了盡快與國際接軌，掃清中藥出口的壁壘，應(yīng)積極開展中藥重金屬污染現(xiàn)狀及健康風(fēng)險評估、重金屬富集規(guī)律等相關(guān)研究，擴(kuò)大重金屬限量的檢測范圍。

表1 各國家/地區(qū)/組織中藥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn) mg·kg-1

2 中藥中重金屬元素含量調(diào)查

駱璐等[9]收集了1 771批次共182種栽培藥用植物樣本，進(jìn)行重金屬檢測，結(jié)果30.51%(541份)的樣品至少檢出一種重金屬超過《中國藥典》(2020版)標(biāo)準(zhǔn)，433個樣品檢測出1種超標(biāo)金屬，75個樣品檢測出2種超標(biāo)金屬，24個樣品檢測出3種超標(biāo)金屬，9個樣品檢測出4種超限金屬。5種重金屬的超標(biāo)率依次為Pb(102，5.75%)、Cd(88，4.96%)、As(74，4.17%)、Hg(67，3.78%)、Cu(31，1.75%)。劉洋等[10]測定了10種藥材中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Ba等8種元素的含量，結(jié)果顯示多數(shù)在限定范圍內(nèi)，紫菀、威靈仙的含量高于其他藥材。陳瑞瑞[11]測定了15批次不同產(chǎn)地黃精中的8種重金屬含量，結(jié)果As、Pb、Cd、Cu 均未超標(biāo)，8種重金屬元素含量在不同地區(qū)呈現(xiàn)極顯著差異。盛艷華等[12]用ICP-MS法測定東北三省不同產(chǎn)區(qū)北五味子中5種重金屬元素的含量發(fā)現(xiàn)，均未超過《中國藥典》(2020年版)限量，重金屬總含量最低的為黑龍江省產(chǎn)北五味子3.78 mg·kg-1，其次為吉林省產(chǎn)北五味子4.05 mg·kg-1，遼寧省產(chǎn)北五味子4.44 mg·kg-1。蘇娟等[13]用ICP-AES測定了5種止咳類中藥的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)重金屬含量差異顯著，紫菀、枇杷葉和白前中的Pb含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)，紫菀、白前、杏仁和前胡中的As含量均超過國家標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，中藥中重金屬元素超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)峻，但不同產(chǎn)區(qū)、不同藥材品種重金屬污染情況存在差異。

3 中藥中重金屬元素富集規(guī)律研究

中藥中重金屬含量超標(biāo)與土壤中重金屬背景值高低及土壤性質(zhì)有關(guān)。土壤、大氣和水的污染，是中藥重金屬污染的主要途徑。同時藥用植物對各種重金屬的吸收和累積能力各不相同，中國學(xué)者開展了大量相關(guān)研究。

3.1 植物類中藥重金屬含量及富集規(guī)律研究

3.1.1 土壤因素對中藥重金屬含量的影響

賈薇等[14]研究顯示，廣東地產(chǎn)藥材佛手中Cu含量、穿心蓮和廣藿香中的As及Cd含量、巴戟天中的As、Cd和Hg含量與土壤中元素含量顯著相關(guān)，巴戟天、穿心蓮和廣藿香中的Cu含量與土壤中元素含量極顯著相關(guān)，說明土壤中Cu較易被藥材吸收富集，As和Cd次之，Pb和Hg較弱。彭銳[15]對重慶市地產(chǎn)36種中藥材檢測發(fā)現(xiàn)，重金屬富集作用由大到小順序為Cd>Cu>Hg>As>Pb，對Cd、Cu、Hg、As、Pb富集系數(shù)最高的藥材分別為大黃、黃精、紫菀、細(xì)辛、川黨參，最低的分別是百合、平術(shù)、白芷、苦參、重樓。朱曉東[16]對黨參、連翹、甘草中重金屬含量及形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，3種藥材中重金屬Pb、Cd、As、Hg、Cu、Cr的含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；老翹中Pb含量高于青翹(P<0.01)，而老翹中Cu含量低于青翹(P<0.01)。時清亮等[17]對連翹中重金屬含量分析結(jié)果顯示，As和Se未檢出，Pb和Cd嚴(yán)重超標(biāo)；研究證實，Mn與Cr含量有極相關(guān)性，Zn、Cd、Pb與Cu有顯著相關(guān)性。朱海蘭等[18]分析了黃連藥材，對重金屬的富集能力由強(qiáng)到弱順序為Cd>Cu>Hg>Pb>As，不同部位對Cd的富集能力順序為須根>根莖>葉、莖；不同產(chǎn)區(qū)藥材As和Pb含量差異顯著，Pb風(fēng)險較高。張德林等[19]測定了11份川芎中的重金屬含量，由大到小順序為Cu>Pb>Cd>Hg，Cd、Pb、Hg的含量與土壤背景值呈正相關(guān)，Cu則反之；川芎對Cd富集能力最強(qiáng)。相似的結(jié)果被李曉念[20]報道，研究發(fā)現(xiàn)川芎栽培土壤中Cd含量高，已進(jìn)入二級警戒區(qū)域，川芎中Cd含量遠(yuǎn)高于土壤，有明顯富集作用。廖婉等[21]的研究證實，不同產(chǎn)地、不同中藥中重金屬含量差異大小順序Cu>Pb>Cd>As>Hg，與藥材品種和產(chǎn)地分布呈一定規(guī)律性。湯雛清[22]等對浙江磐安道地白芍與杭州白芍研究發(fā)現(xiàn)，杭白芍中微量元素含量與土壤中背景值呈正相關(guān)，所含F(xiàn)e、Mn、Sr含量較高，而引種杭白芍中Zn、Ni、Cu的含量較高。李吉峰[23]對同一產(chǎn)地的白芍和赤芍中的四種微量元素對比研究表明，Cu含量相同，Mn含量相近，Zn含量相差較大，F(xiàn)e含量相差最大。葉佳[24]用盆栽實驗研究了在Pb、Cd、Cu、Hg和 As污染條件下，溫郁金對重金屬的富集能力，結(jié)果顯示，Cu、Pb、Cd、As 元素主要集中在溫郁金根部，對Cd的富集能力最強(qiáng)，對Hg的富集能力最弱；隨著重金屬元素投加量的增大，Cu、Pb、Cd、As元素在溫郁金根和葉中含量呈明顯上升趨勢，Hg在葉中含量呈上升趨勢，在根中則呈下降趨勢。

綜上所述，藥材中重金屬含量與土壤中重金屬背景值高低相關(guān)，但不相關(guān)的研究結(jié)論也有報道，周海燕等[25]研究顯示，附子中重金屬元素含量與生長土壤重金屬污染的程度相關(guān)關(guān)系不顯著，附子對重金屬富集能力的趨勢為Cd>Cu>Hg>As>Pb。

3.1.2 水質(zhì)、地理因素對中藥重金屬含量的影響

生產(chǎn)區(qū)地理因素和水源潔凈度直接影響中藥中重金屬元素的富集。方成鑫等[26]探究了水質(zhì)對附子重金屬含量的影響，結(jié)果表明，江油產(chǎn)附子中的Cd、As、Cr、Sb、Pb、Hg、Zn、Ti、Cu、Ba、Fe、Mn等12種重金屬含量與河水中含量顯著相關(guān)，附子中Cr、Mn、Fe等3個元素質(zhì)量濃度與河水中的差異較大，部分樣品中Cd超標(biāo)，可能與其他污染途徑以及附子對特定重金屬元素的富集能力有關(guān)。張亞靜等[27]分析了不同產(chǎn)地野菊花中Pb、Cd、Hg、As、Cu等 5種重金屬含量，結(jié)果表明：野菊花對重金屬的吸收具有協(xié)同作用，富集性較高的為Cd；海拔正效應(yīng)作用于野菊花對Pb、Cd的積累；緯度正效應(yīng)作用于野菊花對Hg、Cu的積累。

3.1.3 重金屬元素在植物藥不同部位的分布規(guī)律

黃榮韶[28]考察了三七中9種金屬元素的分布情況，結(jié)果顯示，Cd含量偏高，且主要富集在根莖中；Pb、Cu、Hg和As主要富集在須根中，主根中最少。馮光泉等[29]的研究也得出相似結(jié)論，三七對Cd有吸收富集作用，在中柱內(nèi)分布較高；對Pb、As和Hg主要是吸附作用；Pb、As和Hg在莖葉、毛根、表皮中分布較多，剪口次之，皮層、中柱內(nèi)較少。步艷艷等[30]研究了荊芥對Pb、Cd、Ni富集規(guī)律，結(jié)果顯示，采收早期，荊芥穗中Pb、Cd含量低于荊芥梗，而Ni含量高于荊芥梗，采收后期，Pb、Cd向荊芥穗中富集，而Ni同時向荊芥梗和荊芥穗中富集。張海珠等[31]研究表明實驗樣品馬尾松松枝和松樹皮的Cd、Pb、As、Hg均未超標(biāo)，而松針和土壤中Hg、Pb元素超標(biāo)，松塔中Pb元素超標(biāo)；重金屬在松枝、松針、松樹皮部富集系數(shù)由大到小依次為 Cd、Pb、Hg、As，在松塔中的富集系數(shù)由大到小依次為Cd、Pb、As、Hg，馬尾松對Cd有明顯的富集作用。李琳莉等[32]測定了刺梨不同部位重金屬分布情況，綜合污染指數(shù)順序為根>莖>葉>果，富集系數(shù)順序為Cd>Hg>Pb≈As。賈薇等研究顯示，廣藿香不同部位對各種重金屬富集能力不同，其中葉的富集能力較強(qiáng)。孫年喜等[33]對重慶栽培的獨(dú)活研究發(fā)現(xiàn)，藥材和土壤的Cd含量均超標(biāo)；不同器官中重金屬分布，Pb與Cd為根>莖>葉，Cu為莖>根>葉，Hg為莖>葉>根，As為葉>根>莖；獨(dú)活根和莖對Cd的富集能力最強(qiáng)。李天才等[34]研究發(fā)現(xiàn)青海種植大黃中的Cd、Cr元素主要分布在根莖的髓部和皮層。綜上所述，不同藥用植物及其不同部位對重金屬的吸收累積規(guī)律不同，在栽培生產(chǎn)中應(yīng)開展廣泛的基礎(chǔ)研究，指導(dǎo)中藥的合理化種植和采收。

3.1.4 生長年限對中藥重金屬富集作用的影響

生長年限對中藥重金屬富集的影響研究較少。彭銳對重慶市地產(chǎn)中藥材檢測發(fā)現(xiàn)，在不同生長年限(1～7年)，重金屬Cu、Pb、Hg含量無顯著差異，Cd含量在前2年較高，隨后降低，As含量在前4年較高，隨后降低。武蕓等[35]研究發(fā)現(xiàn)，人工種植的續(xù)斷中Pb含量由大到小順序為三年生根>二年生根>一年生根，Cd、Hg含量則隨著生長年限增加呈遞減趨勢，野生續(xù)斷中的Cd、Hg和Pb明顯地高于家種。江濱等[36]研究表明，云南三七中重金屬含量與三七的產(chǎn)地、生產(chǎn)年限及規(guī)格等級間無相關(guān)性，重金屬主要來源于三七表面的浮土，應(yīng)合理制定三七產(chǎn)地初加工方法，降低重金屬污染。

3.2 動物類中藥重金屬含量及富集規(guī)律研究

朱曉東對海螵蛸、土鱉蟲和金錢白花蛇中重金屬含量分析結(jié)果顯示，金錢白花蛇中的Hg、土鱉蟲的Pb、As、Cu超標(biāo)；風(fēng)險評估結(jié)果表明，海螵蛸中的5種重金屬元素危害商值均大于1，其中As最高為5.004，Pb為3.541；土鱉蟲中Cr的危害商值最高為6.286，As和Pb均大于1。喻良文等[37]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廣地龍藥材中重金屬含量常超標(biāo)，為此進(jìn)行了參環(huán)毛蚓對重金屬Cd富集能力的考察。發(fā)現(xiàn)參環(huán)毛蚓在12 mg·kg-1的Cd濃度條件下生存良好，其臟器中Cd含量高達(dá)70～90 mg·kg-1，高于軀干，說明參環(huán)毛蚓是通過消化系統(tǒng)吸收Cd離子。李薇等[38]對廣地龍的研究發(fā)現(xiàn)，廣地龍富集Pb的能力大于Cd，且含量隨時間延長不斷增大；對Hg的吸收累積規(guī)律為快速吸收——快速排出——再度吸收。王文祎等[39]對水蛭養(yǎng)殖研究發(fā)現(xiàn)，水蛭中重金屬含量隨養(yǎng)殖時間延長而增大，清水養(yǎng)殖組的重金屬元素含量均高于土壤養(yǎng)殖組的含量。綜上所述，動物類中藥同樣存在重金屬超標(biāo)風(fēng)險，而且與養(yǎng)殖環(huán)境中重金屬含量呈現(xiàn)相關(guān)性。

3.3 菌類中藥重金屬含量及富集規(guī)律研究

范蕾等[40]分析了22批麗水產(chǎn)靈芝，結(jié)果顯示，有5批次Cd超出限度，分別有1批次As、Pb超出限度，2批次Cu超出限度；菌蓋中Cu、Cd、Hg富集較多，菌柄中As、Pb富集較明顯。邢增濤等[41]對靈芝的分析結(jié)果顯示，生物必需微量元素Ni、Mn、Mo、Sn、Zn、Fe、Co、V、Cu存在于靈芝不同生長階段，發(fā)酵菌絲體與靈芝子實體中微量元素含量相近，孢子粉中Fe、Co、Cu和V的含量高于子實體；As、Cd、Hg和Pb 4種重金屬元素在子實體發(fā)育過程中，均呈現(xiàn)含量逐漸升高再降低的趨勢，Ge的含量一直升高，各元素在孢子粉中含量均為最高。張曉檸等[42]研究了靈芝對Cu、Hg、Pb、Cd 4種重金屬元素的耐受能力和富集規(guī)律，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著重金屬濃度升高，靈芝菌絲體生物量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，且高于對照組；菌絲體對4種元素的富集量呈現(xiàn)低濃度時緩慢增加、高濃度時急劇升高的趨勢；靈芝對Cd的富集作用明顯，細(xì)胞壁對Cd有較好的截留作用，蛋白質(zhì)、果膠酸鹽等金屬螯合物在富集作用中起著關(guān)鍵作用，同時Cd能顯著激活超氧化物歧化酶，抑制過氧化物酶。綜上所述，靈芝對重金屬元素具有較強(qiáng)的富集作用。張越等[43]用ICP-MS測定安徽、云南、湖北、湖南四地產(chǎn)茯苓中5種重金屬含量，均合格。李耀磊等[44]研究發(fā)現(xiàn)，冬蟲夏草中重金屬污染指數(shù)由大至小順序為As、Cu、Cd、Pb、Hg，樣品中 As 不合格率為100%，且主要集中在蟲體內(nèi)，子座較少；土壤中重金屬單項污染指數(shù)由大至小順序為Cd、As、Pb、Hg、Cu，其中As、Cd、Pb 不合格率分別為88%、50%、25%。

4 土壤重金屬超富集藥用植物研究

環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題嚴(yán)重威脅人類健康，學(xué)者在研究植物修復(fù)技術(shù)過程中發(fā)現(xiàn)了超富集植物，這些植物通過吸收、降解、揮發(fā)、過濾、固定等作用,凈化土壤和水體中的重金屬元素[45-46]。Baker和Brooks[47]提出了超富集植物的判定標(biāo)準(zhǔn)——超富集濃度界限參考值，并被廣泛采用：植物葉片或地上部所含Cd達(dá)到100μg·g-1, Co、Cu、Ni、Pb達(dá)到1 000 μg·g-1, Mn、Zn達(dá)到10 000 μg·g-1以上，同時植物體內(nèi)重金屬富集系數(shù)大于1。在已發(fā)現(xiàn)的超富集植物中就包括一些藥用植物，如對As有超富集能力的蜈蚣草[48]、對Cd有超富集能力的蓖麻[49]、菖蒲[50]、美洲商陸[51]、向日葵[52]、鬼針草[53]，對Cu有超富集能力的鴨跖草[54]和艾蒿[55]，對Pb有超富集能力的楊梅[56]，相關(guān)研究方法和結(jié)論為中藥重金屬富集研究和安全生產(chǎn)提供了借鑒和參考。

5 中藥中微量元素的醫(yī)療保健作用

在關(guān)注中藥重金屬污染問題的同時，不能忽略中藥中有益金屬元素的作用。賴茂祥等[57]研究發(fā)現(xiàn)，三七的根、莖、葉中富含多種人體必需的有益金屬元素，如Mg、Ca、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo、Ge、Se等。席榮英等[58]測定了紫菀根中礦質(zhì)元素含量，結(jié)果顯示：紫菀含有豐富的微量元素，Cu、Zn、Fe、Mg、Ca、Mo、Mn的含量分別為42.89、58.14、920.93、2 548.25、3 925.43、0.65、52.18 mg·Kg-1,Se<0.000 5 mg·Kg-1，紫菀中Zn和Mn含量較高，可能與其抗癌活性有關(guān)[59]。張積霞等[60]的研究表明，山紫菀和紫菀含有豐富的人體必需微量元素，其中Zn、Mn、Mo可能與其抗癌活性密切相關(guān)，Cu能增強(qiáng)人體免疫力和機(jī)體的防御功能。

6 小結(jié)

中藥重金屬污染與產(chǎn)地地理因素、土壤、水、大氣等自然因素關(guān)系密切，化肥農(nóng)藥的使用也是潛在的污染途徑，同時不同的藥材品種、不同入藥部位重金屬污染水平亦有差異，主要原因與其對重金屬元素的吸收富集及遷移能力有關(guān)。同時亦有研究提出，低濃度的重金屬脅迫可以提高藥用植物產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物的積累[61]。中藥作為一種防病治病的特殊藥品，日益受到世界各國人民的關(guān)注，加強(qiáng)藥材及其土壤中重金屬含量相關(guān)性研究，可以做到從源頭上控制重金屬限量，同時為中藥種植基地土壤環(huán)境的質(zhì)量評價提供科學(xué)依據(jù)。同時應(yīng)關(guān)注次生代謝產(chǎn)物和產(chǎn)量的積累、有益微量元素的研究，全方位多因素評價中藥質(zhì)量和功效。