中藥重金屬生物可給性與轉(zhuǎn)移率研究進展

周德來，馬春旭，姚曉玲，趙鯤鵬，李運，楊扶德，馮金梁

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)臨床學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3.蘭州市食品藥品檢測檢驗研究院，甘肅 蘭州 730000；4.甘肅康樂藥業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730300

隨著中藥國際化進程加快，中藥材重金屬污染受到高度重視。在中藥實際生產(chǎn)中，各環(huán)節(jié)都存在被重金屬污染的可能性[1-2]。因此，除在生產(chǎn)中積極防范外，對其真實的風(fēng)險水平進行評估，對進一步建立合理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及防范措施至關(guān)重要。在評估過程中，與使用藥材中的元素總量進行評估相比，使用生物利用度參與評估可更準(zhǔn)確評估重金屬的實際風(fēng)險，但生物利用度實驗一般通過活體試驗進行，周期長且不可控因素較多，因此，近年來實驗條件簡單、試驗周期短，并能在一定程度上反映有毒有害物質(zhì)吸收狀況的生物可給性得到研究與應(yīng)用。

所謂生物可給性，是指在模擬的人工腸胃系統(tǒng)中可能被血液系統(tǒng)吸收的污染物或營養(yǎng)物的相對含量，以此估算物質(zhì)在體內(nèi)吸收的最大值，這種方法在預(yù)測體內(nèi)消化結(jié)果中非常有用，具有一定的準(zhǔn)確性[3-4]。在中藥材體內(nèi)消化過程中，重金屬會與其他成分一同轉(zhuǎn)移至消化液中[5]。重金屬轉(zhuǎn)移率指在提取制備成湯劑或其他劑型過程中，重金屬從藥材溶出進入提取物的比例。重金屬轉(zhuǎn)移率與生物可給性的本質(zhì)都是在研究藥材中重金屬被人體吸收的最大值。目前該領(lǐng)域的研究主要利用不同提取方法和體外模型測定中藥的重金屬生物可給性及轉(zhuǎn)移率，并結(jié)合不同風(fēng)險評估模型進行健康風(fēng)險評估。茲就相關(guān)研究進行整理，為中藥所含重金屬的風(fēng)險控制及質(zhì)量評價體系建立提供依據(jù)。

1 中藥重金屬污染現(xiàn)狀

重金屬是常見的環(huán)境污染物之一，攝入過量重金屬會對人體造成多種損害，常見的有汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）等[6]。郭蘭萍等[7]對2000－2016年有關(guān)文獻進行統(tǒng)計，分析中藥材Pb、砷（As）、Cd、Hg的污染情況發(fā)現(xiàn)，4種重金屬的超標(biāo)率分別為3.46%、4.03%、2.91%、1.41%。有研究對2003－2020年文獻報道植物藥的重金屬含量進行梳理，根據(jù)《中華人民共和國藥典》[8]限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)現(xiàn)有1種重金屬超標(biāo)即視為不合格。國內(nèi)總計997 條數(shù)據(jù)，不合格率為24.07%，Pb、As、Hg、Cd、銅（Cu）超標(biāo)率分別為11.71%、10.09%、8.13%、5.28%、5.08%；國外總計602條數(shù)據(jù)，不合格率為24.58%，Hg、As、Pb、Cd、Cu 超標(biāo)率分別為32.35%、14.48%、9.93%、9.29%、4.83%[2]?？梢姡瑖鴥?nèi)外中藥材重金屬的超標(biāo)現(xiàn)象普遍存在，尤其Pb、As、Hg、Cd超標(biāo)率普遍較高，在監(jiān)測及風(fēng)險評估中應(yīng)該得到重視，通過轉(zhuǎn)移率、生物可給性及生物有效性的研究對重金屬的暴露風(fēng)險進行合理評估有重要意義。

2 服用方式與轉(zhuǎn)移率、生物可給性、生物利用度之間的關(guān)系

轉(zhuǎn)移率與生物可給性的原理見圖1。口服作為中藥主要攝入方式，根據(jù)藥物是否經(jīng)過提取可歸類為兩種：一種是以生藥粉的形式服用，如散劑、中藥顆粒飲片及超微中藥等[9]；另一種是以提取物的形式進行服用，即采用一定方法對中藥材進行提取加工而得到的中藥產(chǎn)品，如湯劑、顆粒劑等都是先經(jīng)過提取，而后采用特定工藝制備而成的中藥劑型。

圖1 中藥重金屬轉(zhuǎn)移率及生物可給性

當(dāng)以散劑的形式口服藥物后，經(jīng)過口腔、胃、小腸等消化器官，有效成分被溶解到消化液，同時部分重金屬及有毒有害元素也進入消化液，此時生物可給性的計算方法見式（1）：

式中，BBA為胃階段、小腸階段和提取液的生物可給性（%），Civ是體外實驗的胃階段或腸階段的反應(yīng)液或提取液中特定重金屬的可溶態(tài)含量，Viv為反應(yīng)液或提取液的體積，Cs是中藥材樣品中特定重金屬的含量，Vs為樣品溶液體積。

以提取物入藥時，藥材經(jīng)提取制備成湯劑或其他劑型時，藥材中的部分重金屬會以可溶態(tài)的形式進入提取物中，提取物制備的各種劑型在體內(nèi)消化的過程中，提取物中的重金屬得以與消化道表面細(xì)胞接觸并吸收，因此重金屬在提取中的轉(zhuǎn)移率在一些研究中也稱為“提取液的生物可給性”[10]，計算方式同式（1）。

人體攝入藥物后，經(jīng)胃、腸道的消化，藥物中部分重金屬被釋放到消化液中，其中的部分重金屬可被胃腸上皮細(xì)胞進一步吸收進入血液系統(tǒng)，其余部分隨排泄物排出體外，導(dǎo)致進入血液中的重金屬量小于溶解于消化液中的量，即重金屬的吸收量將小于可給量，吸收后的重金屬經(jīng)肝臟等代謝作用，最后到達(dá)靶器官并可能導(dǎo)致病變的重金屬量又小于吸收的重金屬量，即存在重金屬有效量<吸收量<可給量的關(guān)系[11]，見圖2。

圖2 生物可給性與生物利用度關(guān)系

生物可給性是指釋放到胃腸液中的量與攝入總量比值，表示基質(zhì)中化學(xué)污染物可被人體吸收的相對量。生物利用度則是指物質(zhì)進入人體后能通過消化道吸收，并進入人體內(nèi)循環(huán)的化學(xué)污染物濃度水平占攝入總量比例，即吸收量與攝入總量的比值，表示人體的吸收利用水平，在藥理學(xué)中，當(dāng)藥物以靜脈注射時默認(rèn)生物利用度為100%。生物利用度的研究常利用豬[12]、兔[13]、大鼠[14]等動物模型模擬人體腸道，存在試驗價格昂貴、試驗周期長、倫理學(xué)及樣品重金屬濃度低于檢測限導(dǎo)致無法檢測等問題。目前也有研究采用體外細(xì)胞模型進行模擬實驗，大大提高實驗效率[15]。生物可給性作為生物利用度的最大值，二者之間存在密切相關(guān)性，但不能等同[11]，從生物可給性與生物利用度出發(fā)，對中藥中重金屬的傳導(dǎo)規(guī)律進行研究，有助于對中藥中重金屬的風(fēng)險水平做出更精準(zhǔn)的評估。

3 影響中藥重金屬轉(zhuǎn)移率與生物可給性的因素

中藥在提取和消化過程中有效成分與有害物質(zhì)都會發(fā)生變化。其提取物含量較原藥材會降低，且因提取方法、藥材性質(zhì)、提取溶劑等條件不同，往往存在較大差異[16]。

不同藥材的重金屬轉(zhuǎn)移率之間往往存在較大差異，可能與藥材的質(zhì)地、性狀等有關(guān)。潘蘭等[17]利用原子分光光度法測定甘草、玫瑰花、黑種草子、一枝蒿、肉蓯蓉、黃柏藥材及其水提液與80%乙醇提取液中Cu、Hg、Pb等5種重金屬的含量發(fā)現(xiàn)，6種中藥材的重金屬在經(jīng)過水提或醇提后含量均有所降低，尤其某些超標(biāo)樣本經(jīng)提取后其提取物重金屬含量可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但不同藥材重金屬轉(zhuǎn)移率之間存在較大差異。

提取方法是影響提取效率的主要因素之一。有研究使用70%乙醇與水分別采用煎煮、回流、超聲3種方法對同一樣品進行提取，發(fā)現(xiàn)不同提取方法間存在差異，尤其Pb、Hg和Cu在水煎煮中轉(zhuǎn)移率較大，而Cd和As在乙醇回流方式中轉(zhuǎn)移率較大[18]?？梢?，排除藥材自身差異，合理的提取方法對降低重金屬轉(zhuǎn)移率有一定作用。

炮制加工對藥材重金屬的轉(zhuǎn)移也會造成影響。夏成凱等[19]通過測定不同炮制方式下的牡丹皮中水煎液轉(zhuǎn)移率發(fā)現(xiàn)，酒炙后的牡丹皮中As 總轉(zhuǎn)移率提高，Cd、Hg略升高，而Cu、Pb略有降低；炭制后的牡丹皮中Cu、Pb、As、Cd、Hg總轉(zhuǎn)移率明顯降低。更有研究表明，蓬莪術(shù)醋制后水煎液Pb和Hg總轉(zhuǎn)移率顯著降低，Cd和Cu總轉(zhuǎn)移率略降低，As總轉(zhuǎn)移率略升高，而沉淀物重金屬均有所降低，表明醋制對重金屬的轉(zhuǎn)移率有不同程度影響，具有一定的增效減毒作用[20]。此外，炮制可能會改變藥材內(nèi)重金屬含量。研究發(fā)現(xiàn)，相比生品，鹽炙杜仲重金屬含量增加，清炒品和烘制品重金屬含量降低，進而間接影響重金屬的轉(zhuǎn)移[21]。

中藥在實際應(yīng)用中存在多種劑型，受制備工藝差異影響，重金屬在不同劑型中轉(zhuǎn)移規(guī)律各異。有研究發(fā)現(xiàn)，以同等藥材制備的小柴胡湯顆粒劑與其湯劑之間存在差異，顆粒劑中的Hg、As轉(zhuǎn)移率降低幅度較大，推測可能是顆粒劑制備中姜半夏與生姜2味藥材的醇提工藝對重金屬轉(zhuǎn)移有一定影響[22]。有研究利用同批次藥材，采用不同方法制備十全大補清膏和十全大補葷膏，發(fā)現(xiàn)葷膏中藥材的重金屬轉(zhuǎn)移率大于清膏，推測可能是葷膏制備需加入阿膠，而阿膠的重金屬全部保留在膏中所致[23]。

配伍對重金屬的轉(zhuǎn)移也有一定影響，可能與配伍后各藥材之間的相互作用有關(guān)。如晉臻等[24]對黃芪建中湯所含的6種中藥材分別測定藥材自身、各藥材單煎液、合煎液中重金屬含量，發(fā)現(xiàn)黃芪建中湯各藥材合煎會減少Cu、Hg的溶出，而增加Pb、Cd、As的溶出。

食品重金屬的生物可給性與食物自身的物理性質(zhì)、重金屬殘留形態(tài)及烹飪方式等均有關(guān)聯(lián)[25-27]，中藥也具有類似性質(zhì)。當(dāng)采用相同體外模型模擬消化實驗，不同種類中藥材重金屬的生物可給性存在較大差異，排除分析測試手段、儀器設(shè)備等所造成的誤差，藥材自身的性質(zhì)是影響重金屬生物可給性的重要因素[10，28-29]。

炮制加工對中藥材重金屬生物可給性也有影響。研究發(fā)現(xiàn)，加工后的海帶和紫菜不同元素的生物可給性均發(fā)生變化，推測是加工過程引起元素形態(tài)發(fā)生變化所致[30]。此外，炮制加工也可使藥材內(nèi)部重金屬含量發(fā)生變化[21]，間接導(dǎo)致重金屬生物可給性發(fā)生變化。

不同體外模擬方法對生物可給性測定結(jié)果也有一定影響。目前有透析法和溶解法可用來模擬胃腸消化[31-32]，尤以溶解法較為常用，包含生理原理提取模型、荷蘭公共衛(wèi)生與環(huán)境國家研究院建立的RIVM模型、德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會認(rèn)可的DIN模型、嬰兒人體腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)模擬器等多種體外消化模型[32]。中藥常用生理原理提取模型進行體外模擬實驗[10，15，28-29，33]，也有研究采用透析法進行模擬，但透析法的測定結(jié)果往往偏小[31]。同一模型在細(xì)節(jié)上的差異對生物可給性測定結(jié)果也有一定影響，以黃連中Cd的生物可給性為例，左甜甜等[34]與周利等[35]均采用生理原理提取模型進行測定，但體外模擬實驗中胃腸液的配制及消化過程存在差異，2項研究中Cd的生物可給性分別為49.0%和104.59%，差異較大。

4 中藥重金屬轉(zhuǎn)移率與生物可給性在風(fēng)險評估中的應(yīng)用

研究重金屬在中藥服用過程中的轉(zhuǎn)移率及生物可給性，能為其人體健康風(fēng)險的合理評估提供科學(xué)依據(jù)。Fan等[36]測定水煎和浸泡過程中，金銀花重金屬元素轉(zhuǎn)移率，以危害商和總危害指數(shù)評估非致癌風(fēng)險，以致癌風(fēng)險評價法評價致癌風(fēng)險，在Cu、Pb、Cd超標(biāo)情況下，評估結(jié)果顯示人體通過金銀花攝入的Pb、Cd、鉻（Cr）、As、Hg、鎳（Ni）、錳（Mn）、Cu、鋅（Zn）不具有非致癌性風(fēng)險，As無致癌風(fēng)險，而Cd存在一定致癌風(fēng)險。

針對重金屬普遍存在的礦物藥，生物可給性對合理的健康評估具有重要意義。褚卓棟等[37]利用生理原理提取模型法測得多種含雄黃中成藥As生物可給性在胃階段為0.20%～2.17%、小腸階段為0.26%～2.43%；若以As全量進行評估，所有中成藥均對人體健康具有巨大風(fēng)險，以小腸階段可給As含量評價，約70%含雄黃的中成藥的可給As含量仍足以威脅健康。同樣，對含有朱砂的29種中藥Hg進行健康風(fēng)險評價，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過胃腸模擬后，大多數(shù)處于可接受范圍，因此認(rèn)為采用生物可給性及Hg暴露量評估其健康風(fēng)險更具合理性[33]。

另外，有研究利用體外胃腸模擬實驗（生理原理提取模型法）結(jié)合腎遠(yuǎn)曲小管上皮細(xì)胞模擬人體小腸通透性，對地龍中Cd、As進行健康評估，發(fā)現(xiàn)腎遠(yuǎn)曲小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運前As的風(fēng)險可接受，而Cd不可接受，腎遠(yuǎn)曲小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運后大多數(shù)地龍Cd風(fēng)險降至安全范圍[15]。該研究在模擬體外消化基礎(chǔ)上，引入腸道體外通透性模型，能更準(zhǔn)確地從生物利用度角度對重金屬的健康風(fēng)險進行評估。

5 展望

盡管已有眾多研究對多種中藥重金屬的轉(zhuǎn)移率與生物可給性進行測定，并利用各種風(fēng)險評估模型對重金屬健康風(fēng)險展開評估，但體外模型的不統(tǒng)一造成結(jié)果之間的差異在一定程度上影響其可信度。作為一種廣泛應(yīng)用的體外消化模型，生理原理提取模型被證明是口服Pb和As生物可給性的良好預(yù)測模型[38-39]。但鑒于元素性質(zhì)、不同年齡段人群消化能力、不同基質(zhì)之間等諸多差異，建立科學(xué)、合理、統(tǒng)一的體外模擬方法對風(fēng)險水平的合理評估至關(guān)重要。此外，應(yīng)進一步利用細(xì)胞模型或動物模型在重金屬吸收方面展開研究，相比生物可給性而言，生物有效性更能體現(xiàn)精準(zhǔn)評估的理念。

呂倩等[40]利用氣相色譜法分別測定當(dāng)歸、白芷、甘草飲片中14種有機氯農(nóng)藥殘留水提及70%乙醇提取過程中的轉(zhuǎn)移率，分別為0%～32.9%與0%～49.1%，不同藥材與不同提取溶劑之間有機氯農(nóng)藥的提取與降解程度存在較大差異。也有對花生及其制品中的黃曲霉毒素B1的生物可給性進行研究，發(fā)現(xiàn)不同花生類食品中黃曲霉毒素B1生物可給性存在較大差異[41]。除重金屬及有害元素，農(nóng)藥殘留、真菌毒素、二氧化硫等有毒有害物質(zhì)均可利用轉(zhuǎn)移率與生物可給性對使用過程的真實健康水平進行評估，在生物可給性及轉(zhuǎn)移率研究基礎(chǔ)上，對其風(fēng)險進行綜合評估有利于創(chuàng)建具有中藥特點的風(fēng)險評估方式。

中藥的攝入方式多樣，炮制加工方法繁多，化學(xué)成分復(fù)雜，在使用中保證質(zhì)量安全的同時需兼顧藥效。因此，利用轉(zhuǎn)移率及生物利用度的理念，結(jié)合代謝組學(xué)、藥代動力學(xué)、毒理學(xué)等研究方法實現(xiàn)對有效成分、外源性有毒有害物質(zhì)、毒理成分的多重控制，深入闡述其傳導(dǎo)及作用機理，對指導(dǎo)臨床用藥法則及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，實現(xiàn)中藥的質(zhì)量控制及產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展具有重要意義。