常用降压类中草药中微量元素的主成分分析

曾擎屹，王小慧，王 方，李芳君*

(1.武警广东省总队医院 药剂科，广东 广州 510507；2.中国人民解放军空军军医大学第一附属医院 烧伤与皮肤外科，陕西 西安 710032；3.中国人民解放军海军第九零五医院，上海 松江 201600)

近年来，随着人民群众生活水平逐渐步入小康，人民群众在获得丰富物质条件的背景下也出现了许多新的健康问题，其中高血压患者比例迅速提升这个问题显得尤为瞩目[1-2]。因此，对降压类药物研究和探索变得迫在眉睫。与此同时我国拥有产量丰富、种类繁多的中草药资源,仅典籍记载,已多达5000种以上,而这些资源中含有许多对降压起效的中草药，它们在高血压的防治过程中发挥了重要作用[3-4]。微量元素作为中草药的内在成分之一，它的含量不仅影响着中草药的品质，还影响到中草药的功效[5-6]，且微量元素与人体健康密切相关，微量元素的含量变化，将引起人体生理机能的失调，甚至疾病。高血压疾病便与微量元素存在千丝万缕的联系，而中草药中都含有多种微量元素，它们之间既相互联系又无法通过单因子确定其的作用[7]，本文利用主成分分析法把常用的 9 种治疗高血压疾病中草药的微量元素含量与中草药样本结合起来，探讨中草药中微量元素与其药效的关系 ,为中草药的临床应用及开发提供科学可靠的依据[8-10]。

1 资料与方法

1.1 原始数据 本论文所选择的9种常用降压类中草药中的镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、铅(Pb)等8种微量元素的含量数据来自文献[11]，见表1。

表1 九种降压类中药材中 8 种微量元素含量(μg/g)

1.2 原始数据的标准化处理 为了降低原始数据由于量纲不同所造成的影响，对原始数据采用SPSS22.0 软件进行标准化处理，结果见表2。

表2 标准化数据

1.3 研究方法 主成分分析法是利用数学降维的思想，通过少数几个综合变量来替代原始繁多的变量，这几个综合变量互不相关，并可以保留大部分原始数据内容，且每个综合变量都是原始变量线性组合，通过对这几个综合变量的运算可使数据信息更简单直观，更清楚[12-14]。

2 结 果

首先考察检验数据是否可以进行主成分分析，对表2中数据进行KMO检验与Bartlett检验。结果显示，KMO检验值为0.581>0.5，适合进行主成分分析；Bartlett检验值Sig为0.000<0.05，说明变量间相关性显著，见表3。

表3 KMO与Bartlett检验

由表4的主因子特征值与方差贡献率可得，前2个因子的贡献率分别为65.573%，16.462%，前两个因子方差累计贡献率为82.036%，大于80%，即可以用前2个因子来解释9种降压类中草药82.036%的信息含量，所以可以通过前2个因子作为主成分进行主成分分析。

表4 特征值及方差贡献率

由主成分载荷系数矩阵表5中可知，铜(Cu)元素和铬(Cr)元素在第一主成分上有比较高的载荷，说明第一主成分主要反映的是铜(Cu)元素和铬(Cr)元素的信息：铁(Fe)元素在第二主成分上有比较高的载荷，说明第二主成分主要反映的是铁(Fe)元素的信息。根据各元素在不同主成分上的载荷，可确定铜(Cu)元素、铬(Cr)元素和铁(Fe)元素三种元素为来自9种常用降压类中草药样品的特征元素。

表5 主成分载荷系数矩阵表

根据9种常用降压类中草药样品的微量元素之间的载荷矩阵可得出各因子的得分，然后得出主成分的排名，并以各因子的贡献率作为权重进行线性加权求和，因而得出9种常用降压类中草药样品的综合得分，如表6所示。

表6 主成分得分与排名

各因子得分函数：

F1=0.1585ZFe+0.3868ZCr+0.3096ZPb+0.3554ZZn+0.4301ZCu+0.3724ZNi+0.3663ZAs+0.3816ZCd

F2=0.7346ZFe+0.1429ZCr+0.4183ZPb-0.2266ZZn+0.0619ZCu-0.2335ZNi-0.3912ZAs-0.0444ZCd

综合得分函数：

F=0.5246F1+0.1317F2

由表6可知，排在前3位的是夏枯草、三七、丹参；排在第4到第6名的是木香、荷叶、山楂，这6种降压类中草药样品中的铜(Cu)元素、铬(Cr)元素和铁(Fe)元素含量均较高，而杜仲、灵芝、葛根这后3种样品中的铜(Cu)元素、铬(Cr)元素和铁(Fe)元素含量均较低，说明这三种元素含量的高低与我们所选中的9降压类中草药样品的质量存在一定的相关性。

3 讨论

微量元素在机体的组成及生理过程中都发挥着不可替代的作用，它们的缺少或过多，都将会破坏机体的生理平衡，导致人体发生各种疾病。而本文研究的铬(Cr)、砷(As)、镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)这6种微量元素又是目前公认的15种必须微量元素之一，它们的缺乏将引起机体既不能生长又不能完成其生命周期[15]。所以及时补充微量元素显得尤为重要，但是因为微量元素不能在体内合成，只能从外界摄取，所以摄取物微量元素的含量可以作为摄取物质量评价的重要指标之一。因此我们通过主成分分析法对9种常用降压类中草药中微量元素的含量进行质量评价和疗效分析是有科学依据的。

由主成分分析的结果可得出，第一主成分与微量元素铜(Cu)和铬(Cr)的关系比较密切。二者中的铜(Cu)元素是高血压的保护因子，因与肾素系统相关联，所以可以影响血压的调节[16]，同时铜(Cu)元素与血管壁的生理功能密切相关，如果机体出现缺铜的情况将导致血管壁张力发生改变，增加心肌脆性，引起心肌损伤。因此保证体内正常铜(Cu)元素的含量以维持血管的正常生理弹性，对血压的平衡起着一定的作用[17]。铬(Cr)元素是人体必须的微量元素，它具有防治动脉粥样硬化、冠心病、心脑血管疾病的作用。许多流行病资料证明，人体内的铬(Cr)元素含量与心血管疾病呈负相关关系，高血压疾病与铬(Cr)元素含量之间的联系也符合这个规律，即高血压病人有出现低铬(Cr)的情况，说明铬(Cr)元素含量与人体血压存在某种联系，具体原因尚不清楚，有待进一步研究[18]。第二主成分与微量元素铁(Fe)密切相关。1990年Loyke[19]研究发现，临床应用铁剂治疗高血压，部分患者出现收缩压和舒张压增高的现象。提示铁(Fe)元素与血压的增高有关系。可能的原因是平滑肌细胞合成低密度脂蛋白(LDL)必须有铁的参与，铁离子并且能通过激活的中性粒细胞，促进动脉平滑肌细胞对低密度脂蛋白(LDL)的转化作用，加速动脉粥样硬化斑块的形成，导致血管弹性,内径发生改变,而血管内径的大小是影响外周阻力和血压的主要因素[20]。

综上所述，通过主成分分析法对9种常用降压类中草药中微量元素的含量进行质量评价，得出的结果为：由优到差的排名顺序为夏枯草、三七、丹参、木香、荷叶、山楂、杜仲、灵芝、葛根。因此针对降压类中草药进行进一步研究时可优先考虑夏枯草、三七、丹参这三种药材。