中药重金属生物可给性与转移率研究进展

周德来，马春旭，姚晓玲，赵鲲鹏，李运，杨扶德，冯金梁

1.甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃中医药大学中医临床学院，甘肃 兰州 730000；3.兰州市食品药品检测检验研究院，甘肃 兰州 730000；4.甘肃康乐药业有限责任公司，甘肃 兰州730300

随着中药国际化进程加快，中药材重金属污染受到高度重视。在中药实际生产中，各环节都存在被重金属污染的可能性[1-2]。因此，除在生产中积极防范外，对其真实的风险水平进行评估，对进一步建立合理的质量标准及防范措施至关重要。在评估过程中，与使用药材中的元素总量进行评估相比，使用生物利用度参与评估可更准确评估重金属的实际风险，但生物利用度实验一般通过活体试验进行，周期长且不可控因素较多，因此，近年来实验条件简单、试验周期短，并能在一定程度上反映有毒有害物质吸收状况的生物可给性得到研究与应用。

所谓生物可给性，是指在模拟的人工肠胃系统中可能被血液系统吸收的污染物或营养物的相对含量，以此估算物质在体内吸收的最大值，这种方法在预测体内消化结果中非常有用，具有一定的准确性[3-4]。在中药材体内消化过程中，重金属会与其他成分一同转移至消化液中[5]。重金属转移率指在提取制备成汤剂或其他剂型过程中，重金属从药材溶出进入提取物的比例。重金属转移率与生物可给性的本质都是在研究药材中重金属被人体吸收的最大值。目前该领域的研究主要利用不同提取方法和体外模型测定中药的重金属生物可给性及转移率，并结合不同风险评估模型进行健康风险评估。兹就相关研究进行整理，为中药所含重金属的风险控制及质量评价体系建立提供依据。

1 中药重金属污染现状

重金属是常见的环境污染物之一，摄入过量重金属会对人体造成多种损害，常见的有汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）等[6]。郭兰萍等[7]对2000－2016年有关文献进行统计，分析中药材Pb、砷（As）、Cd、Hg的污染情况发现，4种重金属的超标率分别为3.46%、4.03%、2.91%、1.41%。有研究对2003－2020年文献报道植物药的重金属含量进行梳理，根据《中华人民共和国药典》[8]限量标准规定，发现有1种重金属超标即视为不合格。国内总计997 条数据，不合格率为24.07%，Pb、As、Hg、Cd、铜（Cu）超标率分别为11.71%、10.09%、8.13%、5.28%、5.08%；国外总计602条数据，不合格率为24.58%，Hg、As、Pb、Cd、Cu 超标率分别为32.35%、14.48%、9.93%、9.29%、4.83%[2]。可见，国内外中药材重金属的超标现象普遍存在，尤其Pb、As、Hg、Cd超标率普遍较高，在监测及风险评估中应该得到重视，通过转移率、生物可给性及生物有效性的研究对重金属的暴露风险进行合理评估有重要意义。

2 服用方式与转移率、生物可给性、生物利用度之间的关系

转移率与生物可给性的原理见图1。口服作为中药主要摄入方式，根据药物是否经过提取可归类为两种：一种是以生药粉的形式服用，如散剂、中药颗粒饮片及超微中药等[9]；另一种是以提取物的形式进行服用，即采用一定方法对中药材进行提取加工而得到的中药产品，如汤剂、颗粒剂等都是先经过提取，而后采用特定工艺制备而成的中药剂型。

图1 中药重金属转移率及生物可给性

当以散剂的形式口服药物后，经过口腔、胃、小肠等消化器官，有效成分被溶解到消化液，同时部分重金属及有毒有害元素也进入消化液，此时生物可给性的计算方法见式（1）：

式中，BBA为胃阶段、小肠阶段和提取液的生物可给性（%），Civ是体外实验的胃阶段或肠阶段的反应液或提取液中特定重金属的可溶态含量，Viv为反应液或提取液的体积，Cs是中药材样品中特定重金属的含量，Vs为样品溶液体积。

以提取物入药时，药材经提取制备成汤剂或其他剂型时，药材中的部分重金属会以可溶态的形式进入提取物中，提取物制备的各种剂型在体内消化的过程中，提取物中的重金属得以与消化道表面细胞接触并吸收，因此重金属在提取中的转移率在一些研究中也称为“提取液的生物可给性”[10]，计算方式同式（1）。

人体摄入药物后，经胃、肠道的消化，药物中部分重金属被释放到消化液中，其中的部分重金属可被胃肠上皮细胞进一步吸收进入血液系统，其余部分随排泄物排出体外，导致进入血液中的重金属量小于溶解于消化液中的量，即重金属的吸收量将小于可给量，吸收后的重金属经肝脏等代谢作用，最后到达靶器官并可能导致病变的重金属量又小于吸收的重金属量，即存在重金属有效量<吸收量<可给量的关系[11]，见图2。

图2 生物可给性与生物利用度关系

生物可给性是指释放到胃肠液中的量与摄入总量比值，表示基质中化学污染物可被人体吸收的相对量。生物利用度则是指物质进入人体后能通过消化道吸收，并进入人体内循环的化学污染物浓度水平占摄入总量比例，即吸收量与摄入总量的比值，表示人体的吸收利用水平，在药理学中，当药物以静脉注射时默认生物利用度为100%。生物利用度的研究常利用猪[12]、兔[13]、大鼠[14]等动物模型模拟人体肠道，存在试验价格昂贵、试验周期长、伦理学及样品重金属浓度低于检测限导致无法检测等问题。目前也有研究采用体外细胞模型进行模拟实验，大大提高实验效率[15]。生物可给性作为生物利用度的最大值，二者之间存在密切相关性，但不能等同[11]，从生物可给性与生物利用度出发，对中药中重金属的传导规律进行研究，有助于对中药中重金属的风险水平做出更精准的评估。

3 影响中药重金属转移率与生物可给性的因素

中药在提取和消化过程中有效成分与有害物质都会发生变化。其提取物含量较原药材会降低，且因提取方法、药材性质、提取溶剂等条件不同，往往存在较大差异[16]。

不同药材的重金属转移率之间往往存在较大差异，可能与药材的质地、性状等有关。潘兰等[17]利用原子分光光度法测定甘草、玫瑰花、黑种草子、一枝蒿、肉苁蓉、黄柏药材及其水提液与80%乙醇提取液中Cu、Hg、Pb等5种重金属的含量发现，6种中药材的重金属在经过水提或醇提后含量均有所降低，尤其某些超标样本经提取后其提取物重金属含量可达到国家标准，但不同药材重金属转移率之间存在较大差异。

提取方法是影响提取效率的主要因素之一。有研究使用70%乙醇与水分别采用煎煮、回流、超声3种方法对同一样品进行提取，发现不同提取方法间存在差异，尤其Pb、Hg和Cu在水煎煮中转移率较大，而Cd和As在乙醇回流方式中转移率较大[18]。可见，排除药材自身差异，合理的提取方法对降低重金属转移率有一定作用。

炮制加工对药材重金属的转移也会造成影响。夏成凯等[19]通过测定不同炮制方式下的牡丹皮中水煎液转移率发现，酒炙后的牡丹皮中As 总转移率提高，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总转移率明显降低。更有研究表明，蓬莪术醋制后水煎液Pb和Hg总转移率显著降低，Cd和Cu总转移率略降低，As总转移率略升高，而沉淀物重金属均有所降低，表明醋制对重金属的转移率有不同程度影响，具有一定的增效减毒作用[20]。此外，炮制可能会改变药材内重金属含量。研究发现，相比生品，盐炙杜仲重金属含量增加，清炒品和烘制品重金属含量降低，进而间接影响重金属的转移[21]。

中药在实际应用中存在多种剂型，受制备工艺差异影响，重金属在不同剂型中转移规律各异。有研究发现，以同等药材制备的小柴胡汤颗粒剂与其汤剂之间存在差异，颗粒剂中的Hg、As转移率降低幅度较大，推测可能是颗粒剂制备中姜半夏与生姜2味药材的醇提工艺对重金属转移有一定影响[22]。有研究利用同批次药材，采用不同方法制备十全大补清膏和十全大补荤膏，发现荤膏中药材的重金属转移率大于清膏，推测可能是荤膏制备需加入阿胶，而阿胶的重金属全部保留在膏中所致[23]。

配伍对重金属的转移也有一定影响，可能与配伍后各药材之间的相互作用有关。如晋臻等[24]对黄芪建中汤所含的6种中药材分别测定药材自身、各药材单煎液、合煎液中重金属含量，发现黄芪建中汤各药材合煎会减少Cu、Hg的溶出，而增加Pb、Cd、As的溶出。

食品重金属的生物可给性与食物自身的物理性质、重金属残留形态及烹饪方式等均有关联[25-27]，中药也具有类似性质。当采用相同体外模型模拟消化实验，不同种类中药材重金属的生物可给性存在较大差异，排除分析测试手段、仪器设备等所造成的误差，药材自身的性质是影响重金属生物可给性的重要因素[10，28-29]。

炮制加工对中药材重金属生物可给性也有影响。研究发现，加工后的海带和紫菜不同元素的生物可给性均发生变化，推测是加工过程引起元素形态发生变化所致[30]。此外，炮制加工也可使药材内部重金属含量发生变化[21]，间接导致重金属生物可给性发生变化。

不同体外模拟方法对生物可给性测定结果也有一定影响。目前有透析法和溶解法可用来模拟胃肠消化[31-32]，尤以溶解法较为常用，包含生理原理提取模型、荷兰公共卫生与环境国家研究院建立的RIVM模型、德国标准化学会认可的DIN模型、婴儿人体肠道微生物生态系统模拟器等多种体外消化模型[32]。中药常用生理原理提取模型进行体外模拟实验[10，15，28-29，33]，也有研究采用透析法进行模拟，但透析法的测定结果往往偏小[31]。同一模型在细节上的差异对生物可给性测定结果也有一定影响，以黄连中Cd的生物可给性为例，左甜甜等[34]与周利等[35]均采用生理原理提取模型进行测定，但体外模拟实验中胃肠液的配制及消化过程存在差异，2项研究中Cd的生物可给性分别为49.0%和104.59%，差异较大。

4 中药重金属转移率与生物可给性在风险评估中的应用

研究重金属在中药服用过程中的转移率及生物可给性，能为其人体健康风险的合理评估提供科学依据。Fan等[36]测定水煎和浸泡过程中，金银花重金属元素转移率，以危害商和总危害指数评估非致癌风险，以致癌风险评价法评价致癌风险，在Cu、Pb、Cd超标情况下，评估结果显示人体通过金银花摄入的Pb、Cd、铬（Cr）、As、Hg、镍（Ni）、锰（Mn）、Cu、锌（Zn）不具有非致癌性风险，As无致癌风险，而Cd存在一定致癌风险。

针对重金属普遍存在的矿物药，生物可给性对合理的健康评估具有重要意义。褚卓栋等[37]利用生理原理提取模型法测得多种含雄黄中成药As生物可给性在胃阶段为0.20%～2.17%、小肠阶段为0.26%～2.43%；若以As全量进行评估，所有中成药均对人体健康具有巨大风险，以小肠阶段可给As含量评价，约70%含雄黄的中成药的可给As含量仍足以威胁健康。同样，对含有朱砂的29种中药Hg进行健康风险评价，发现经过胃肠模拟后，大多数处于可接受范围，因此认为采用生物可给性及Hg暴露量评估其健康风险更具合理性[33]。

另外，有研究利用体外胃肠模拟实验（生理原理提取模型法）结合肾远曲小管上皮细胞模拟人体小肠通透性，对地龙中Cd、As进行健康评估，发现肾远曲小管上皮细胞转运前As的风险可接受，而Cd不可接受，肾远曲小管上皮细胞转运后大多数地龙Cd风险降至安全范围[15]。该研究在模拟体外消化基础上，引入肠道体外通透性模型，能更准确地从生物利用度角度对重金属的健康风险进行评估。

5 展望

尽管已有众多研究对多种中药重金属的转移率与生物可给性进行测定，并利用各种风险评估模型对重金属健康风险展开评估，但体外模型的不统一造成结果之间的差异在一定程度上影响其可信度。作为一种广泛应用的体外消化模型，生理原理提取模型被证明是口服Pb和As生物可给性的良好预测模型[38-39]。但鉴于元素性质、不同年龄段人群消化能力、不同基质之间等诸多差异，建立科学、合理、统一的体外模拟方法对风险水平的合理评估至关重要。此外，应进一步利用细胞模型或动物模型在重金属吸收方面展开研究，相比生物可给性而言，生物有效性更能体现精准评估的理念。

吕倩等[40]利用气相色谱法分别测定当归、白芷、甘草饮片中14种有机氯农药残留水提及70%乙醇提取过程中的转移率，分别为0%～32.9%与0%～49.1%，不同药材与不同提取溶剂之间有机氯农药的提取与降解程度存在较大差异。也有对花生及其制品中的黄曲霉毒素B1的生物可给性进行研究，发现不同花生类食品中黄曲霉毒素B1生物可给性存在较大差异[41]。除重金属及有害元素，农药残留、真菌毒素、二氧化硫等有毒有害物质均可利用转移率与生物可给性对使用过程的真实健康水平进行评估，在生物可给性及转移率研究基础上，对其风险进行综合评估有利于创建具有中药特点的风险评估方式。

中药的摄入方式多样，炮制加工方法繁多，化学成分复杂，在使用中保证质量安全的同时需兼顾药效。因此，利用转移率及生物利用度的理念，结合代谢组学、药代动力学、毒理学等研究方法实现对有效成分、外源性有毒有害物质、毒理成分的多重控制，深入阐述其传导及作用机理，对指导临床用药法则及相关行业标准的建立，实现中药的质量控制及产业标准化发展具有重要意义。