17種中藥材中重金屬污染分析與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

閆研,秦斌,梁雪,連少敏,王冰,王炳志,嚴(yán)義勇,殷果

(1.深圳市藥品檢驗(yàn)研究院,國(guó)家藥品監(jiān)督管理局中藥質(zhì)量研究與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518057;2.深圳市易瑞生物技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518101)

中藥是我國(guó)珍貴的民族瑰寶,是中醫(yī)藥發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),在我國(guó)具有悠久的使用歷史。自古以來(lái),中藥是我國(guó)人民用于預(yù)防、治療疾病的重要手段[1]。近年來(lái),我國(guó)中藥材的需求量呈逐年上升趨勢(shì),隨著生活中使用中藥的頻率越來(lái)越高,中藥中重金屬的污染問(wèn)題也成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象之一[2]。由于某些藥材本身可能對(duì)特定的金屬元素產(chǎn)生富集作用,導(dǎo)致在藥材本身的生產(chǎn)、加工、市售過(guò)程中可能受到重金屬元素的污染[3]。人體長(zhǎng)期接觸重金屬會(huì)導(dǎo)致身體、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)的退化,進(jìn)而引發(fā)急性或慢性中毒等系列反應(yīng)[4-5]。因此,對(duì)中藥材中殘留的重金屬加以控制和評(píng)估,對(duì)于提高中藥材質(zhì)量,保障人民飲食用藥安全具有重要意義。

目前,重金屬污染評(píng)估主要針對(duì)污染程度和健康風(fēng)險(xiǎn)兩方面。污染程度評(píng)價(jià)的方法有不合格率[6]、單因子污染指數(shù)法Pi和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法P綜合[7];健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法有每日最大可耐受攝入量(EDI)[8]、靶標(biāo)危害系數(shù)法(THQ)和各元素的累計(jì)目標(biāo)危害系數(shù)(TTHQ)[9]。每日最大可耐受攝入量是由于重金屬暴露周期較長(zhǎng),在人體中積蓄,其膳食風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常為長(zhǎng)期慢性暴露評(píng)估,從而預(yù)估每日重金屬的攝入量,控制重金屬被人體吸收攝入的量[10]。靶標(biāo)危害系數(shù)法、各元素的累計(jì)目標(biāo)危害系數(shù)是基于國(guó)際通用的毒理學(xué)結(jié)果,從人體對(duì)重金屬的耐受量出發(fā),保守估計(jì)其對(duì)人體危害的計(jì)算方法,在重金屬污染分析上都有應(yīng)用[11-12]。

本研究以市售常見(jiàn)的17種中藥材干姜、獨(dú)活、柴胡、細(xì)辛、白附子、廣藿香、川芎、天麻、板藍(lán)根、菊花、沉香、陽(yáng)春砂、梔子、芡實(shí)、白芷、金銀花、蒼術(shù)為對(duì)象,以鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu) 5 種重金屬為檢測(cè)指標(biāo),以《中國(guó)藥典》2020年版中規(guī)定的中藥材中重金屬的限量值為依據(jù)[13],同時(shí)采用上述6種評(píng)價(jià)方法對(duì)樣品中殘留的重金屬進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入地污染程度評(píng)價(jià)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以科學(xué)、準(zhǔn)確、有效地掌握中藥材的重金屬攝入風(fēng)險(xiǎn),為其質(zhì)量控制和市場(chǎng)監(jiān)管提供靶向性指引[14],為中藥材中重金屬污染分析的新技術(shù)新方法開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源本研究以近5年國(guó)家評(píng)價(jià)抽驗(yàn)、日常監(jiān)督抽驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),針對(duì)不同來(lái)源的金銀花、菊花、芡實(shí)等17種中藥材,獲取重金屬檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù);在國(guó)內(nèi)三大數(shù)據(jù)庫(kù)(中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索,獲取近5年來(lái)17種藥材的重金屬檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)。最終數(shù)據(jù)共涉及中藥材929批次,生產(chǎn)企業(yè)221家,涵蓋全國(guó)30個(gè)省、自治區(qū)、直轄市,以確保分析評(píng)價(jià)的系統(tǒng)全面和科學(xué)有效。

1.2 污染程度評(píng)價(jià)方法為準(zhǔn)確客觀地反映中藥材中重金屬的狀況,計(jì)算超標(biāo)率從而客觀的分析樣本中的重金屬污染狀況。公式如下:

(1)

式中,N為超標(biāo)樣品個(gè)數(shù),M為單類中藥材的樣品總數(shù)單因子污染指數(shù)法是利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分類,而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是在單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上兼顧極值環(huán)境質(zhì)量分?jǐn)?shù)[15],且污染程度分級(jí)如表1所示,計(jì)算公式如下:

表1 單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)

單因子污染指數(shù)法計(jì)算公式:

(2)

式中,Pi為重金屬元素i環(huán)境質(zhì)量指數(shù),Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg·kg-1);Si為重金屬元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg·kg-1)。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式:

(3)

式中,Pmax為各單項(xiàng)污染指數(shù)最大值,Pave為所有單項(xiàng)污染指數(shù)平均值,P綜合為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)。Pi及P綜合分級(jí)見(jiàn)表1。

1.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法采用EDI計(jì)算每日重金屬攝入的最大量從而進(jìn)行中藥材中的重金屬對(duì)人體的膳食風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,計(jì)算公式如下:

(4)

式中,C為藥材中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg·kg-1),BM為人的平均體質(zhì)量,此處采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)體重為60 kg。IRD(daily ingestion rate)是每日攝入藥材量,此處取最大攝入量。根據(jù)《中國(guó)藥典》2020年版(一部)[13]規(guī)定,各藥材每日攝入藥材最大量為:金銀花15 g、菊花10 g、芡實(shí)15 g、梔子10 g、干姜10 g、白芷10 g、天麻10 g、獨(dú)活10 g、廣藿香10 g、白附子6 g、川芎10 g、細(xì)辛3 g、板藍(lán)根15 g、柴胡10 g、沉香5 g、陽(yáng)春砂6 g、蒼術(shù)9 g。

采用美國(guó)環(huán)保局2000年發(fā)布的THQ評(píng)估中藥材中的重金屬對(duì)人體的健康危害[16],按照公式(5)計(jì)算,由于重金屬對(duì)人體健康的影響一般是多種元素共同作用所知,因此,有必要計(jì)算TTHQ,按照公式(6)計(jì)算。

(5)

TTHQ=∑THQ

(6)

式(5)中,EF為每年暴露于毒物天數(shù)(設(shè)定為30 d);ED為暴露于毒物的年數(shù)(30年);AT為平均接觸非致癌毒物(此處為中藥材)的時(shí)間,取人平均壽命70年×365;BW為人體平均體質(zhì)量,此處采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)為60 kg[17]。RFD為參考劑量,參考USEPA設(shè)置的日參考劑量為:Cu 0.04 μg·g-1,As 0.000 3 μg·g-1,Cd 0.001 μg·g-1,Hg 0.000 3 μg·g-1,參考?xì)W洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)設(shè)置Pb日參考劑量為0.001 5 μg·g-1[18]。THQ為靶標(biāo)危害系數(shù),其中THQ≤1,表示健康風(fēng)險(xiǎn)可接受,THQ>1,表示存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。TTHQ為各元素的危害系數(shù)之和,TTHQ≤1,表示健康風(fēng)險(xiǎn)可接受,TTHQ>1,表示存在健康風(fēng)險(xiǎn)[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染程度評(píng)價(jià)

2.1.1 重金屬殘留量結(jié)果由表2顯示,929批藥材中Cu超標(biāo)的樣品為柴胡、陽(yáng)春砂、菊花、川芎、廣藿香,其超標(biāo)率分別為25.81%、23.08%、14.85%、8.82%、1.56%,超標(biāo)最大值為柴胡,高達(dá)64.69 mg·kg-1;Cd超標(biāo)的樣品為沉香、白附子、菊花、川芎、板藍(lán)根、獨(dú)活,其超標(biāo)率為30.77%、27.50%、20.79%、17.65%、16.00%、3.28%,超標(biāo)最大值為菊花,高達(dá)3.84 mg·kg-1;Pb超標(biāo)的樣品有沉香、金銀花、白附子、白芷、柴胡、廣藿香、獨(dú)活,其超標(biāo)率分別為11.54%、10.34%、6.25%、5.11%、3.23%、3.13%、1.64%,超標(biāo)最大值為金銀花,高達(dá)43.60 mg·kg-1;Hg超標(biāo)的樣品有干姜、獨(dú)活、柴胡、天麻、芡實(shí)、白芷、梔子、白附子、蒼術(shù)、細(xì)辛、廣藿香、板藍(lán)根、川芎、菊花,超標(biāo)率分別為72.46%、54.10%、32.36%、31.25%、13.64%、11.68%、11.63%、7.50%、6.67%、6.25%、6.25%、4.00%、2.94%、0.99%,且超標(biāo)最大值為干姜,高達(dá)6.31 mg·kg-1;As超標(biāo)的樣品有細(xì)辛、板藍(lán)根、梔子、川芎、芡實(shí)、白附子、金銀花,超標(biāo)率分別為37.50%、12.00%、6.98%、5.88%、4.55%、2.50%、1.15%,且超標(biāo)最大值為梔子,高達(dá)7.68 mg·kg-1。重金屬Hg超標(biāo)最普遍,17種中藥材中有14種均涉及Hg超標(biāo)。

表2 各樣品中重金屬含量殘留量及超標(biāo)情況

17種藥材中有13種藥材還存在多種重金屬同時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4種重金屬超標(biāo),川芎存在Cu、Cd、Hg和As 4種重金屬超標(biāo),獨(dú)活存在Cd、Pb和Hg 3種重金屬超標(biāo),柴胡和廣藿香存在Cu、Pb和Hg 3種重金屬超標(biāo),菊花存在Cu、Cd和Hg 3種重金屬超標(biāo),板藍(lán)根存在Cd、Hg和As 3種重金屬超標(biāo),細(xì)辛、梔子和芡實(shí)存在Hg、As 2種重金屬超標(biāo),沉香存在Cd、Pb 2種重金屬超標(biāo),白芷存在Pb、Hg 2種重金屬超標(biāo),金銀花存在Pb、As 2種重金屬超標(biāo)。

綜上,17種藥材共計(jì)929批次,重金屬超標(biāo)藥材共計(jì)279批次,占比30.03%,按總超標(biāo)率大小排序?yàn)楦山?獨(dú)活>柴胡>細(xì)辛>白附子>川芎>天麻>沉香>板藍(lán)根>菊花>陽(yáng)春砂>梔子>芡實(shí)>白芷>金銀花>廣藿香>蒼術(shù)。

2.1.2 單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)根據(jù)表1和表3結(jié)果顯示,干姜、獨(dú)活的單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)為重度污染級(jí),柴胡的單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)為輕度污染級(jí),其他藥材為優(yōu)良和安全;按內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)大小排序:干姜>獨(dú)活>柴胡>白附子>天麻=陽(yáng)春砂>細(xì)辛>沉香>菊花>川芎>芡實(shí)>梔子>白芷=金銀花>廣藿香>板藍(lán)根>蒼術(shù),干姜的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了重度污染級(jí),獨(dú)活的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了中度污染,柴胡的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了輕度污染,其他藥材均為安全級(jí)。干姜的單項(xiàng)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)均達(dá)到了重度污染級(jí)是因?yàn)槠?9批次中Hg的超標(biāo)50批次,其超標(biāo)率高達(dá)72.46%;獨(dú)活有33批次Hg超標(biāo)導(dǎo)致其單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了重度污染級(jí),綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了中度污染級(jí),其超標(biāo)率達(dá)到54.10%;柴胡超標(biāo)污染最大值高達(dá)64.69 mg·kg-1,導(dǎo)致其單項(xiàng)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)達(dá)到了輕度污染級(jí)。

表3 各樣品的單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)估

上述結(jié)果表明,超標(biāo)率、單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)3種方法對(duì)17種藥材中重金屬殘留量的污染評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估EDI為每日最大可耐受攝入量,通過(guò)計(jì)算得到的EDI與每日暫定可耐受攝入量(provisional tolerable daily intake,PTDI)對(duì)比,即可得出服用17種中藥材可能導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)水平。參照文獻(xiàn)[20-21]設(shè)定Pb、Cd、As、Hg、Cu的PTDI分別為0.003 570、0.000 830、0.002 140、0.000 570、0.500 000 mg·kg-1·d-1,當(dāng)EDI

表4 各樣品EDI、THQ及TTHQ結(jié)果

THQ為藥材中單個(gè)重金屬元素的危害,TTHQ為各元素的危害系數(shù)之和。THQ、TTHQ<1,表示健康風(fēng)險(xiǎn)可接受,表4顯示,該17種中藥材的THQ和TTHQ均<1。因此,以THQ和TTHQ作為健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),可認(rèn)為這17種中藥材被分別和同時(shí)服用后,其重金屬殘留量對(duì)人體無(wú)明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)危害。

上述結(jié)果表明,膳食風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、靶標(biāo)危害系數(shù)法和各元素累計(jì)目標(biāo)危害系數(shù)3種方法對(duì)17種藥材中重金屬殘留量的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。

3 討論

研究發(fā)現(xiàn),目前我國(guó)中藥材普遍然存在不同程度的重金屬超標(biāo)現(xiàn)象,問(wèn)題主要集中在三點(diǎn):①單一重金屬污染嚴(yán)重,如干姜和獨(dú)活中Hg超標(biāo)嚴(yán)重,其中干姜的單項(xiàng)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)已達(dá)到重度污染程度;②單一藥材的重金屬最大值污染嚴(yán)重超標(biāo),如柴胡中Cu嚴(yán)重超標(biāo),且超標(biāo)最大值為《中國(guó)藥典》限量規(guī)定值的32.35倍;③單一藥材存在多種重金屬同時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4種重金屬超標(biāo),盡管目前評(píng)估為無(wú)明顯健康危害,但重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)加重,不加以重視和控制,勢(shì)必會(huì)影響中藥材質(zhì)量,進(jìn)而危害人體健康。

結(jié)合重金屬元素的限度值分析,由于《中國(guó)藥典》2020年版(四部)規(guī)定Cd的限量值由原來(lái)的《中國(guó)藥典》2015年版[22]的0.3 mg·kg-1提高到了1.0 mg·kg-1,以白附子為例,Cd超標(biāo)率由86.25%下降到41.25%,但Cd超標(biāo)態(tài)勢(shì)依然嚴(yán)峻,其超標(biāo)問(wèn)題仍然要加以重視。

我國(guó)中藥材重金屬元素污染現(xiàn)象普遍,形勢(shì)嚴(yán)峻,中藥材質(zhì)量控制的道路上仍然任重而道遠(yuǎn)。為了保證我國(guó)中藥材質(zhì)量的不斷提升,除了對(duì)藥材種植源頭進(jìn)行嚴(yán)格控制外,還要注重藥材在市場(chǎng)流通環(huán)節(jié)的有利監(jiān)管。技術(shù)層面看,當(dāng)前我國(guó)針對(duì)中藥材質(zhì)量篩查的技術(shù)尚不夠全面、快速[23],因此,無(wú)論是從技術(shù)層面還是監(jiān)管層面,都亟待一種對(duì)中藥材進(jìn)行快速篩查的手段,本研究結(jié)果可為中藥材快速檢驗(yàn)方法的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持,為政府執(zhí)法部門對(duì)中藥材的監(jiān)管提高了靶向性,對(duì)我國(guó)中藥材質(zhì)量提升具有重要意義。