中药材黄芪中无机元素含量的环境影响因素的Logistic回归分析

汤舒 陈永刚 邹吉利

摘要 目的：研究中药材黄芪中无机元素含量的环境影响因素并予以Logistic回归分析。方法：选取2016年3月至2018年3月武汉市第三医院购买的源自不同采集地的中药材黄芪20批进行研究，采用微波消解以及全发射X射线荧光光谱法分别测定20批黄芪中无机元素（包括K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb）的含量。并通过逐步Logistic回归分析中药材黄芪中无机元素含量与海拔、经度、维度、坡向以及坡度5个生态因子的关系。结果：20批黄芪药材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差异。将20批黄芪采集点的生态因子作为自变量，将样品中的无机元素含量作为因变量，去除无显著影响的自变量，建立多元线性回归方程。并将海拔、经度、维度、坡向以及坡度5个生态因子分别记为X1、X2、X3、X4、X5，将12种无机元素的含量分别记为Y1（K）、Y2（Ca）、Y3（Cr）、Y4（Mn）、Y5（Fe）、Y6（Ni）、Y7（Cu）、Y8（Zn）、Y9（As）、Y10（Cd）、Y11（Ba）、Y12（Pb）。其中Y4、Y6、Y9、Y10、Y12未選上任何自变量，剩余7种无机元素含量可能与环境因素存在密切相关，其回归方程如下：Y1=-1.829×105+6.031X1+4.516×103X2（R=0.725）;Y2=-1.533×105+3.930×103X2（R=0.895）;Y3=2.386+5.260X4（R=0.747）;Y5=-13.800+6.812×103X5（R=0.438）;Y7=1.877+1.409X4+70.006X5（R=0.688）;Y8=1.288+2.801×102X5（R=0.639）;Y11=42.477-0.036X1+3.412×102X5（R=0.654）。结论：中药材黄芪中无机元素含量受环境影响较为明显，且与海拔、经度、维度、坡向以及坡度存在密切相关，值得临床重点关注。

关键词 黄芪;无机元素;生态环境;中药材;Logistic回归分析;影响因素;生态因子;回归方程

Logistic Regression Analysis of Environmental Factors Influencing the Content of Inorganic Elements in Radix Astragali seu Hedysari

Tang Shu，Chen Yonggang，Zou Jili

（Wuhan Third Hospital，Wuhan 430060，China）

Abstract Objective：To study the environmental factors influencing the content of inorganic elements in Radix Astragali seu Hedysari and to conduct logistic regression analysis.Methods：A total of 20 batches of Chinese herbal medicine Radix Astragali seu Hedysari from different collection sites purchased from Wuhan Third Hospital from March 2016 to March 2018 were selected for microwave digestion and full emission X-ray fluorescence spectrometry to determine the inorganic elements in 20 batches of Radix Astragali seu Hedysari.（including the contents of K，Ca，Cr，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn，As，Cd，Ba，Pb）.Through the stepwise logistic regression analysis，the relationship between the content of inorganic elements in Chinese medicinal materials Radix Astragali seu Hedysari and the 5 ecological factors of altitude，longitude，dimension，aspect and slope was analyzed.Results：There were some differences in K，Ca，Cr，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn，As，Cd，Ba and Pb in 20 batches of Radix Astragali seu Hedysari.The ecological factors of 20 batches of Radix Astragali seu Hedysari collection points were used as independent variables，and the inorganic element content in the sample was used as the dependent variable to remove the independent variables with no significant influence，and a multiple linear regression equation was established.The 5 ecological factors of altitude，longitude，dimension，aspect and slope are recorded as X1，X2，X3，X4 and X5，respectively.The contents of 12 inorganic elements were recorded as Y1（K），Y2（Ca）and Y3 respectively.（Cr），Y4（Mn），Y5（Fe），Y6（Ni），Y7（Cu），Y8（Zn），Y9（As），Y10（Cd），Y11（Ba），Y12（Pb）.Among them，Y4，Y6，Y9，Y10，Y12 had not selected any independent variables，and the remaining 7 inorganic elements may be closely related to environmental factors.The regression equation was as follows：Y1=-1.829×105+6.031X1+4.516×103X2（R=0.725）; Y2=-1.533×105+3.930×103X2（R=0.895）; Y3=2.386+5.260X4（R=0.747）; Y5=-13.800+6.812×103X5（R=0.438）; Y7=1.877+1.409X4+70.006X5（R=0.688）; Y8=1.288+2.801×102X5（R=0.639）; Y11=42.477-0.036X1+3.412×102X5（R=0.654）.Conclusion：The content of inorganic elements in Radix Astragali seu Hedysari is significantly affected by the environment，and is closely related to altitude，longitude，dimension，slope direction and slope，which is worthy of clinical attention.

Key Words Radix Astragali seu Hedysari; Inorganic elements; Ecological environment; Chinese herbal medicine; Logistic regression analysis; Influencing factors; Ecological factors; Regression equation

中图分类号：R284.1;S567.239文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.12.013

黄芪是临床上应用较为广泛的中药之一，具有增强机体免疫功能、利尿、抗衰老、抗应激、抗菌以及降壓等功效，在玉屏风散、黄芪桂枝五物汤、补中益气汤以及防己黄芪汤等方中均有应用[1]。恒山黄芪历史悠久，主要产区分布在海拔1 300～1 800 m的山地，坡度多为20°～50°，土壤多为沙质黄壤，为黄芪的良好根形提供了有利条件[2]。有研究报道显示，黄芪等中草药的品质高低与产地的土壤、地形、气候以及水质等环境因子息息相关，其中土壤无机元素对中药品质的影响已得到大量研究证实，但其他环境因子对黄芪等中药品质的影响仍不可忽视[3]。随着近年来对中药生理、药理活性的研究逐渐深入，加之无机化学领域的飞速发展，国内外均有研究报道显示无机元素乃是黄芪等中药材中重要的有效成分之一，对临床治疗效果具有极其重要的意义[4]。且近年来对于无机元素的研究也从单纯的含量测定逐渐深入至无机元素于药材中的存在状态以及不同形态无机元素与药物活性的关系中。鉴于此，本文通过采用微波消解以及全发射X射线荧光光谱法分别测定20批黄芪中无机元素含量，并通过逐步Logistic回归分析中药材黄芪中无机元素含量与海拔、经度、维度、坡向以及坡度5个生态因子的关系，目的在于明确环境因素与黄芪无机元素含量之间的关系，从而为黄芪的种植、选购、临床应用提供指导作用，现作以下报道。

1 资料与方法

1.1 药材来源 选取2016年3月至2018年3月武汉市第三医院购买的源自不同采集地的中药材黄芪20批进行研究，其中各批黄芪样品的生长环境条件如表1所示。所有黄芪样品均由我院中药房主管中药师鉴定。

1.2 研究方法 1）样品处理：首先将黄芪样品放置于60摄氏度条件下进行24 h的烘干处理，采用研钵将其研成粉末状，精确称取样品（0.300±0.001）g加入消解罐内，随后加入5 mL的浓硝酸（购自德国MERCK公司）浸泡25 min。然后加入0.5 mL的双氧水（购自国药集团化学试剂有限公司），通过微波消解系统消解，相关参数如下：①温度150 ℃，压力30 bar，升温时间2 min，保温时间5 min;②温度160 ℃，压力30 bar，升温时间5 min，保温时间10 min;③温度200 ℃，压力30 bar，升温时间3 min，保温时间25 min;温度100 ℃，压力30 bar，升温时间1 min，保温时间10 min。待完全消解后加入0.5 mL双氧水，待消解液澄清后转移至25 mL容量品种，采用二次去离子水（由国家分析测试中心提供）定容处理，平行制备2分空白待检。2）实验方式：吸取消解液计入0.9 mL离心管中，随后加入10 mg/L的钇标准元素内标液10 μL，将其混匀后吸取10 μL混合液滴于石英玻璃偏上，采用红外炉进行烘干处理。采用X射线荧光光谱仪直接检测干燥残留物，测定时间为1 000 s。相关参数如下：电压50 kV，电流10～30 mA。检测目标包括K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb，重复测量3次，取平均值。

1.3 观察指标 分析20批黄芪药材中无机元素含量情况，对中药材黄芪中无机元素含量的环境影响因素进行逐步Logistic回归分析。

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0统计软件予以逐步Logistic回归分析，明确中药材黄芪无机元素含量与海拔、经度、维度、坡向以及坡度5个生态因子的关系，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 20批黄芪药材中无机元素含量情况分析

20批黄芪药材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差异。见表2。

2.2 中药材黄芪中无机元素含量的环境影响因素逐步Logistic回归分析

将20批黄芪采集点的生态因子作为自变量，将样品中的无机元素含量作为因变量，去除无显著影响的自变量，建立多元线性回归方程。并将海拔、经度、维度、坡向以及坡度5个生态因子分别记为X1、X2、X3、X4、X5，将12种无机元素的含量分别记为Y1（K）、Y2（Ca）、Y3（Cr）、Y4（Mn）、Y5（Fe）、Y6（Ni）、Y7（Cu）、Y8（Zn）、Y9（As）、Y10（Cd）、Y11（Ba）、Y12（Pb）。其中Y4、Y6、Y9、Y10、Y12未选上任何自变量，剩余7种无机元素含量可能与环境因素存在密切相关，其回归方程如表3所示。

3 讨论

国内外对于中药成分的研究重点在于有机成分，而忽略了无机成分，随着中药无机元素研究的逐渐深入，越来越多的学者发现无机元素和中药的疗效存在密切相关[5-7]。其中无机成分主要涵盖部分常量元素、痕量元素以及微量元素，上述元素不但会对中药药效发挥直接影响作用，同时会对次生代谢途径中各种酶的活性产生极为关键的调节作用，继而影响中药中各类次生代谢产物的生物合成[8-10]。然而，所有中药的无机元素含量均会受多种因素影响而出现差异，其中同一种中药，其原植物可能分布在全国不同的地区，而不同的地区所处的地理位置、光照时间和强度、气候、降水量、经度、纬度等生态环境不尽相同，从而可能对无机元素含量产生直接影响[11-13]。本研究通过对山西恒山境内的黄芪进行大范围的样品采集，分析在该地区的土壤环境下，海拔、经度、纬度、坡向以及坡度等环境因子对黄芪中无机元素含量的影响，旨在为指导黄芪种植、栽培提供参考依据，以保证生产出质量更加的药材。

本文结果显示，20批黄芪药材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差异。这与曹爱华等人的研究报道类似[14-16]，说明了不同采集地获取的黄芪所含有的无机元素含量具有差异性。原因主要与地理生长环境等因素有关。与此同时，将20批黄芪采集点的生态因子作为自变量，将样品中的无机元素含量作为因变量，去除无显著影响的自变量，建立多元线性回归方程。并将海拔、经度、纬度、坡向以及坡度5个生态因子分别记为X1、X2、X3、X4、X5，将12种无机元素的含量分别记为Y1（K）、Y2（Ca）、Y3（Cr）、Y4（Mn）、Y5（Fe）、Y6（Ni）、Y7（Cu）、Y8（Zn）、Y9（As）、Y10（Cd）、Y11（Ba）、Y12（Pb）。其中Y4、Y6、Y9、Y10、Y12未选上任何自变量，剩余7种无机元素含量可能与环境因素存在密切相关，其回归方程如下：Y1=-1.829×105+6.031X1+4.516×103X2（R=0.725）;Y2=-1.533×105+3.930×103X2（R=0.895）;Y3=2.386+5.260X4（R=0.747）;Y5=-13.800+6.812×103X5（R=0.438）;Y7=1.877+1.409X4+70.006X5（R=0.688）;Y8=1.288+2.801×102X5（R=0.639）;Y11=42.477-0.036X1+3.412×102X5（R=0.654）。这说明了黄芪中K元素含量的多少可能与海拔、经度有关，且随着海拔和经度的升高而逐渐增加;Ca元素含量的多少则于经度存在明显相关性，即随着经度的不断升高而随之增加;Cr元素含量的多少主要和坡向相关;Ni与Zn元素含量的多少主要和坡度相关，即坡度越高上述两项元素含量越高[17-19];Cu元素含量的多少与坡度以及坡向相关，即随着坡度和坡向的升高其含量逐渐增加;Ba元素含量的多少和海拔、坡向相关，且随着海拔的不断升高以及坡向的逐渐降低，钙元素含量随之减少[21-22]。总而言之，黄芪中无机元素的含量主要是受多种生态因子所影响，且与土壤中的无机元素含量以及富集情况相关，需进行更深入的研究。

综上所述，中药材黄芪中无机元素含量受环境影响较为显著，可能和海拔、经度、维度、坡向以及坡度存在一定相关性，然而环境因素对黄芪品质形成过程中相关酶与生化过程的影响有待进一步的研究。需要指出的是，本文的优点在于创新性地选择了20批黄芪药材进行无机元素含量的确定，并对中药材黄芪中无机元素含量的环境影响因素进行逐步Logistic回归分析，这不仅确保了检测结果的准确性，同时也科学地分析了影响黄芪中无机元素含量的有关因素。缺点在于未邀请其他医疗机构进行多角度、多层面地研究分析，这可能对研究结构的广泛性产生一定影响，也是本文的局限性所在。今后可针对上述情况开展多中心的协同研究，从而得到更加准确及广泛的结论。

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（2018-12-18收稿 责任编辑：苍宁）