中药三七中5种微量元素的含量及健康风险

曾宪彩,晁思宏,朱美霖,范晓婷,蒋艳雪,曹红斌*(1.中药资源保护与利用北京市重点实验室,北京 100875；2.北京师范大学资源学院资源生态与中药资源研究所,北京 100875；3.宁夏医科大学基础医学院,宁夏 银川 750004)



中药三七中5种微量元素的含量及健康风险

曾宪彩1,2,晁思宏1,2,朱美霖1,3,范晓婷1,2,蒋艳雪1,2,曹红斌1,2*(1.中药资源保护与利用北京市重点实验室,
北京 100875；2.北京师范大学资源学院资源生态与中药资源研究所,北京 100875；3.宁夏医科大学基础医学院,宁夏 银川 750004)

摘要：为了解三七中Fe、Mn、Al、Zn、Se人体微量元素的含量,并客观评价这5种微量元素对长期服用三七药品的患者的健康风险,在三七的产区及周边市县进行采样,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对三七中这5种微量元素的含量进行测定,并采用点推定和概率推定对各元素的非致癌风险危害商值(HQ)值进行评估,结果发现三七中5种微量元素的平均含量分别为1375.84,108.31,1213.62, 0.16,21.99mg/kg,表现出Al>Fe>Mn>Zn>Se的高低顺序,HQ值大小顺序为Fe>Al>Mn>Zn>Se.HQ值均小于1,提示针对各元素,一般消费者不存在非致癌健康风险.然而,Fe,Al,Mn的日摄入量分别为0.09573,0.10759,0.00832mg/(kg·d),超出了来源于药物的微量元素的经口允许摄入量,应该加以控制.对危害指数(HI)的概率推定结果显示,5.19%的三七服用者对这5种微量元素的暴露具有非致癌健康风险.

关键词：三七；微量元素；健康风险；蒙特卡洛技术

* 责任作者, 教授, caohongbin@bnu.edu.cn

中药三七是五加科植物三七[Panaxnotoginseng (Burk.) F.H.Chen]的干燥根和根茎,是我国传统名贵中药材,具有“止血化瘀,消肿止痛”的功效[1].《本草纲目拾遗》称其“人参补气第一,三七补血第一”.云南白药、漳州片仔癀、血塞通系列、复方丹参片(滴丸)、东北红药等均以三七为主原料.三七对生长环境要求极为苛刻,主要分布在北纬23.5°附近的云南省文山州境内,由于连作障碍等问题目前种植范围向文山州周边扩张.云南省矿产资源丰富,富含锡、铜、砷、镉等矿产,文山州及周边地区的矿区环境,导致了三七种植区土壤环境的镉、铜、锌、锰等重金属元素含量偏高.另外,由于三七种植区的土壤为酸性红壤,铁、铝等金属元素含量背景值也偏高.环境中的这些金属元素通过三七的种植而在三七各部位富集,进而会通过三七药材的服用进入人体.

铁、锰、锌、硒等是人体必需的微量元素[2-3],但如果摄入量过多,不但对人体健康无益,反而会产生毒害作用.铁摄入量过多会引起血色病、肝功能异常、心肌损伤、糖尿病以及骨质疏松[4];锌摄入量过多会引起铁流失,造成缺铁性贫血;过多的锰会造成行动失调、神经质、易激动等症状[5];摄入过多的硒会造成硒中毒,损害肝脏和骨髓功能[6].铝不是人体的必需微量元素,并且铝摄入量过多会导致神经系统紊乱,引起老年痴呆,还会引起体内钙含量变化,导致骨生成抑制,引发骨软化症[7-8].

目前,多数学者对三七的研究主要集中在三七药材的砷、镉、铅、铜等重金属(或类金属)的富集及健康风险评价方面[9-12],三七中其它微量元素含量情况及其风险评价方面的研究比较缺乏.本文主要在三七产区文山州及其周边州市19个采样点进行大范围采样,采用电感耦合等离子体-质谱联用(ICP-MS)技术检测了三七根部铁、锰、锌、硒、铝5种人体微量元素的含量,了解不同种植区三七中微量元素的分布状况,并对这5种微量元素对人体的健康风险进行评估,以期为客观了解服用中药三七对人体的健康风险以及指导合理用药,保障药物安全提供理论支持.

图1 云南省文山州及周边三七主产区采样点Fig.1 Sampling sites in main Sanchi planting area in Yunnan Province

1 材料与方法

1.1 样品采集与前处理

样品采集时间为2011年10月三七成熟期,在云南省文山州的8个县以及外延种植区红河州的4个市县、玉溪市和曲靖市,选取19个采样点(图1),每个采样点采集4～5棵三年生三七植株, 共89个样品,采样点用GPS精准定位.样品采集后尽快带回实验室,用自来水冲洗根部泥土及整个植株,随后用超纯水冲洗,用陶瓷刀将三七植株的根部切下,放入烘箱,105℃杀青,并在60℃下烘干至恒重.干燥的三七根用高速旋转研磨仪(ZM 200Pulverisette-14Fritsch,德国福里茨公司)研磨粉碎成粒径小于0.5mm的粉末,放入聚乙烯自封袋中,4℃保存,待测.

1.2 三七中微量元素含量分析方法

精确称取三七粉0.5000g,放入聚四氟乙烯消解罐中,加入8mL硝酸,加盖冷消解过夜,然后微波消解.自然冷却后,取出消解罐,将消解液转入50mL容量瓶,并加入超纯水定容至刻度线,摇匀,待测.同时,做空白对照.采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)(7500a,Aglient)测定消解液中Al、Fe、Mn、Zn、Se的含量,以国家化学标准样黄芪(GBW10028)内插进行三七样品分析的质量控制.

表1 不同种植区三七中5种微量元素的含量(平均值±标准偏差, mg/kg)Table 1 The contents of 5trace elements inSanchi in different plantations (Mean±SD, mg/kg)

1.3 三七中微量元素的健康风险评价

健康风险评价主要采用两种方式:点推定和概率推定.点推定中各变量均采用几何平均值来计算.概率推定是采用Crystal Ball软件通过蒙特卡洛抽样完成.首先,对暴露因子的分布进行拟合,并通过A-D检验,χ2检验和K-S检验联合的方式判定最优拟合分布.然后采用蒙特卡洛抽样的方式(10000次迭代次数)预测暴露分布.

本文评价的5种微量元素主要具有非致癌毒性.借鉴美国国家环保署[13](US EPA)创建的非致癌风险评价方法,运用危害商值(HQ)和危害指数(HI)评价长期服用三七制剂或含三七的成方制剂,所含这5种微量元素造成的健康风险,公式如下:

式中:ADD是微量元素的日摄入量, mg/(kg·d); RfD是微量元素的每日最大允许摄入量, mg/(kg·d),其值来源于US EPA的长期经口暴露参考剂量(RfD),或者联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)规定的每日允许摄入量(ADI)以及中国营养学会编著的《中国居民膳食营养素参考摄入量》中营养元素的可耐受最高摄入量(ULs);Ci是三七中各种微量元素的含量,mg/kg; IR是长期服用三七药材患者的三七日摄入量,mg/(人·d);BW是成年人的体重,取60kg计算.

人体摄入的食物中往往具有多种金属,造成的健康风险也是多种金属元素共同作用的结果,因此有学者提出了采用危害指数HI来综合评价多种金属对人体的健康风险,HI等于危害商值(HQ)之和,当HI>1时,表明有潜在非致癌健康风险.公式如下:

1.4 统计分析

分析结果采用Microsoft Excel 2010进行数据处理,使用SPSS 17.0进行数据的相关性分析及正态分布检验,显著性水平为P<0.05,极显著为P<0.01.

2 结果

2.1 三七根中Al、Mn、Fe、Se、Zn含量

各个采样点三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn的含量如表1所示.从测试结果来看,19个采样点三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn的平均含量分别为1375.84、108.31、1213.62、0.16、21.99mg/kg.三七根中各微量元素的含量顺序为Al>Fe>Mn>Zn>Se.文山州内10个采样点三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn 5种微量元素平均含量分别为2088.92、137.87、1966、0.23、28.79mg/kg,均高于文山州外其他采样点各元素的含量.

2.2 三七根中各微量元素之间的相关性

表2 各微量元素之间的相关系数(n=19)Table 2 Correlation coefficient of different trace elements (n=19)

三七根中各微量元素含量的相关系数如表2所示,通过相关性分析显示Al和Fe,Fe和Se,Se 和Al,Se和Zn之间呈极显著正相关性,相关系数分别为0.898,0.919,0.869,0.700.此外,Zn和Fe之间也存在显著正相关,相关系数为0.504.

2.3 健康风险评价

2.3.1 点推定结果 1989年FAO/WHO[14]规定的Al的可耐受一周摄取量(PTWI)为7000μg/ (kg·周),即1mg/(kg·d),US EPA[15]规定的Mn、Zn、Se的RfD值分别为0.14,0.3,5×10-3mg/(kg·d),中国营养学会编著的《中国居民膳食营养素参考摄入量》中Fe[16]的ULs值为0.67mg/(kg·d).通过收集《中国药典》2010 版、《云南药品标准》1996年版中的以三七根为主药材的成方制剂和单味制剂22种,根据药方及用法,按照用量推算得到三七的平均日摄入量IR为4.57g[11].依据公式(1)～(3)评估服用三七对人体的健康风险.三七中5种微量元素的ADD、HQ、HI值及各种微量元素在HI中的贡献率如表3所示.5种微量元素的风险大小顺序依次为Fe>Al>Mn>Zn>Se.

表3 三七中5种微量元素的ADD、HQ、HI值及在HI中的贡献率Table 3 ADD、HQ、HI values and contribution percentage for HI of 5trace elements in Sanchi

表4 各暴露因子的最佳拟合分布Table 4 Best-fit distributions of major exposure factors

2.3.2 概率推定结果 由于各暴露因子存在变异性和不确定性,需要使用Crystal Ball软件对5种微量元素的HQ值进行概率推定,三七中5种微量元素浓度及三七日摄入量的最佳拟合分布如表4所示,体重及RfD值设定为常数.HQ的推定结果如表5所示,Al、Mn、Fe、Se和Zn 的HQ值的90%分位点值分别为2.73×10-1、1.39×10-1、4.04×10-1、5.7×10-3和1.31×10-2,均小于1,表明这5种微量元素对90%的三七服用者均没有非致癌健康风险.对HI的概率推定结果如图2所示,结果显示5种微量元素的HI分布的均值是0.37,5.19%的三七服用者对这5种元素的暴露的风险指数大于1,具有一定的非致癌健康风险.

表5 三七中5种微量元素的HQ值概率推定结果Table 5 Probabilistic estimator of HQ values of Fe、Al、Mn、Zn、Se in Sanchi

图2 三七制剂服用所致5种微量元素的HI的概率分布黑色部分指HI > 1的概率(5.19%)Fig.2 Probabilisticdistribution of HI values of 5trace elements due to consumption of Sanchi preparation the blank area means the exceeding probabilities (5.19%)

3 讨论

对云南省文山州及周边的19个采样点进行采样,基本上涵盖了云南省主要的三七种植区.检测了三七中Al、Mn、Fe、Se、Zn 5种微量元素的含量.由于目前尚无针对这5种微量元素的药用植物及制剂中的安全浓度限量标准,将三七中各微量元素含量水平与其它中药材相应元素含量进行了一个对比分析.测得三七中Al的含量最高,为1412.55mg/kg.裘珊珊[17]检测了麦冬、白芍等10种中药材中Al的含量,Al含量最高的为小玄参1029.17mg/kg,其余含量都在52.40～804.17mg/kg.相比而言,三七中Al的含量较高,与Al富集植物普洱茶中Al的含量相近[18].这可能与当地酸性土壤特点和Al含量较高有关,金航等[19]测得云南三七种植区土壤中Al含量最高为100933mg/kg.其次,本研究测得的三七中Fe的含量为1256.88mg/kg.李荣宇[20]测定了金银花、枸杞等5种中草药中Fe的含量,最高的为牛藤2718.86mg/kg,其次为首乌1492.87mg/kg,最低的是枸杞35.20mg/kg.与这5种中药材相比,三七中Fe含量处于中等水平.本研究测得的三七中Mn的含量为109.17mg/kg,何佩雯[21]测了三七中Mn的含量,在80mg/kg左右,同时也测了黄连、当归、丹参等8种中药材的Mn含量,均在250mg/kg范围之内;而周晓腾[22]测得当归中Mn含量均低于10mg/kg,显示三七中Mn含量在中药材中处于中等水平.三七中硒的含量为0.16mg/kg,与曹美菊[23]文章中报道的中药材Se含量数据相比,三七中Se含量处于中等偏下的水平.三七中Zn的含量为19.62mg/kg,范文秀[24]报道的20种补益类中药材的Zn含量在5.57～45.56mg/kg,显示三七中Zn的含量水平也处于中等水平.总体来讲,三七中Al含量相较其它中药材偏高,而Fe、Mn、Se、Zn的含量与其他中药材相比处于中等水平.

对三七中Fe、Mn、Al、Se、Zn5种微量元素进行相关性分析发现,Fe、Al、Se三者之间, Zn 和Se之间存在极显著正相关性,Zn和Fe之间存在显著正相关.这表明三七中Fe、Al、Se三者之间,Zn、Se之间,Zn、Fe之间具有相似的来源.矿物中铁、铝、锌等金属元素往往容易伴生[25, 26],开矿使得这些元素同时释放到土壤中,然后被三七吸收而在体内富集.

在点推定下,通过HQ值计算可知,5种微量元素的单一HQ值以及HI均小于1,表明其不存在非致癌健康风险.但是人体对这些元素的暴露途径是多方面的,不仅仅有来自药物的暴露也有来自食物的暴露,另外WHO的《药用植物质量控制方法》[27]中规定来源于药用植物的农药等有害物质含量应不超过该物质总摄入量的1%.则源于药用植物的每种元素的最大允许摄入量将降低100倍,Fe、Mn、Al、Se、Zn的最大允许摄入量变为0.01、0.0014、0.0067、0.00005、0.003mg/(kg.d),在这种情况下,Fe、Mn、Al的日摄入量均超过了药用植物来源的限值;而Se、Zn的日摄入量仍在安全范围之内.因此,要注意控制三七中Fe、Mn、Al的含量,降低其风险.在服用三七时要合理选择服用量,种植三七时注意地块的选取及农药化肥使用,控制这3种金属元素进入三七的途径,尽可能降低微量金属元素对人体的健康风险.

4 结论

4.1 三七中Al的平均含量为1375.84mg/kg相较其它中药材偏高,而Fe、Mn、Se、Zn的含量与其他中药材相当.5种微量元素含量均呈现出文山州内大于文山州外的分布现象.

4.2 通过健康风险点推定计算,5种微量元素的HQ值及HI均小于1,不存在非致癌健康风险,但是Al、Fe、Mn这3种元素的日摄入量均超过了药用植物来源的限值,当食品摄入等其他途径这3种元素的摄入量较高时,总摄入量就会超过RfD值,对人体产生一定的非致癌健康风险.在服用三七时要注意同时控制食物来源中Al、Fe、Mn的含量.

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The contents of five trace elements in Panaxnotoginseng and the associated health risk.

ZENG Xian-cai1,2, CHAO Si-hong1,2, ZHU Mei-lin1,3, FAN Xiao-ting1,2, JIANG Yan-xue1,2, CAO Hong-bin1,2*(1.Beijing Key Laboratory of Protection and Application of Chinese Medicinal Resources, Beijing 100875, China；2.Institute of Resource Ecology and Traditional Chinese Medicine Resources, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；3.Clinical Medicine School of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China).China Environmental Science, 2016,36(1)：293～298

Abstract：In order to investigate the contents of Fe、Mn、Al、Zn、Se in Panaxnotoginseng (Sanchi) and evaluate the health risk of these elements for long-term consumers of Sanchi preparations, samples of Sanchi roots were collected in traditional production region and the surrounding areas.The contents of the five trace elements in Sanchi were analyzed by ICP-MSand the non-carcinogenic health risk was evaluated by deterministic estimation and probabilistic estimation.The results show that the average contents of the five trace elements in Sanchiare 1375.84, 108.31, 1213.62, 0.16, 21.99mg/kg, decreased in the order: Al>Fe>Mn>Zn>Se and the order of the hazardous quotient (HQ) values is Fe>Al>Mn>Zn>Se.The HQ valuesare all below 1, implying no non-carcinogenic health riskof individual element for general consumers.However, daily intakes of Fe, Al and Mnare 0.09573, 0.10759, 0.00832mg/(kg·d), which are beyond the corresponding limits for tolerable oral intake from medicinal plants and should be controlled.Probabilistic distribution of hazardous index (HI) values of 5trace elements due to consumption of Sanchi preparation shows that 5.19% of theconsumers havenon-carcinogenic health risk.

Key words：Panaxnotoginseng；trace elements；health risk；Monte-Carlo technique

中图分类号：X503.1

文献标识码：A

文章编号：1000-6923(2016)01-0293-06

收稿日期：2015-05-30

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助(105564)

作者简介：曾宪彩(1989-),女,河南南阳人,北京师范大学资源学院博士生,主要从事中药材重金属污染方面研究.发表论文1篇.