薩日娜 王麗霞 陳雯 朱書強 趙志正 潘新波

摘要：目的 探討風(fēng)藥中7種無機元素的分布及其相關(guān)性。方法 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定20種風(fēng)藥中錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鉀（K）7種元素的含量，采用Spearman相關(guān)分析、主成分分析和系統(tǒng)聚類法進行分析和評價。結(jié)果 20種風(fēng)藥中微量元素Mn平均含量明顯高于Zn、Cu、Fe；Zn含量與Mn、Cu具有顯著正相關(guān)性（P<0.05，P<0.01）；Mg含量與Cu、Fe具有顯著相關(guān)性（P<0.05，P<0.01）。主成分分析結(jié)果表明，20種風(fēng)藥中7種無機元素受3個主成分因子影響，Zn、Cu、Ca、K在各風(fēng)藥中分布較為廣泛，Mn和Mg在各風(fēng)藥中分布差異較大。系統(tǒng)聚類分析可將20種風(fēng)藥分為4類，第Ⅰ類包含12種風(fēng)藥，其中以解表藥為多（6種），性味以辛、溫為主；第Ⅱ類為單味藥柴胡，Mn元素含量最高；第Ⅲ類6種風(fēng)藥中，解表藥有3種；第Ⅳ類為單味藥薄荷，性味為辛、涼。20種風(fēng)藥中，寒涼藥中Mn、Ca、Mg、K平均含量高于溫?zé)崴幒推叫运?，溫?zé)崴幹衂n、Fe平均含量高于寒涼藥和平性藥，平性藥中Cu平均含量高于溫?zé)崴幒秃疀鏊?。結(jié)論 20種風(fēng)藥中7種無機元素分布及其與中藥寒熱藥性具有一定的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)藥；無機元素；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；Sperman相關(guān)分析；主成分分析；系統(tǒng)聚類法

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2018.05.020

中圖分類號：R284.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5304（2018）05-0090-06

Study on Correlation of Contents of 7 Kinds of Inorganic Elements

in 20 Kinds of Wind-expelling Medicine

SA Ri-na1， 2， WANG Li-xia2， CHEN Wen2， ZHU Shu-qiang3， ZHAO Zhi-zheng2， PAN Xin-bo4

1. Gansu Provincial Hospital， Lanzhou 730000， China； 2. Guang'anmen Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100053， China； 3. Gansu Province Food Inspection Institute， Lanzhou 730000， China；

4. The Second People's Hospital of Lanzhou， Lanzhou 730000， China

Abstract： Objective To investigate the distribution and correlation of different inorganic elements in wind-expelling medicine. Methods The contents of Mn， Zn， Cu， Fe， Ca， Mg and K from 20 kinds of wind-expelling medicine were determined by inductively coupled plasma - optical emission spectrometry （ICP-OES） method. Spearman correlation analysis， principal component analysis and systematic cluster analysis were used for analysis and evaluation. Results The average content of Mn element in trace elements was significantly higher than that of Zn， Cu and Fe. Zn was positively correlated with Mn and Cu （P<0.05， P<0.01）. Mg was significantly correlated with Cu and Fe （P<0.05， P<0.01）. The results of principal component analysis showed that the seven inorganic elements in the 20 kinds of wind-expelling medicine were affected by three principal component factors. Zn， Cu， Ca， and K elements were widely distributed in the wind-expelling medicine. The distribution of Mn and Mg elements in each wind-expelling medicine was significant. The results of systematic cluster analysis showed that the medicine were clustered into four different groups. Group Ⅰ contained 12 kinds of wind-expelling medicine， and 6 kinds of these were the diaphoretics which property and flavor were pungent and warm. Group Ⅱ was Bupleuri Radix， which contained the highest content of Mn. Group Ⅲ contained 6 kinds of wind-expelling medicine， of which 3 kinds were the diaphoretics. Group Ⅳ was Menthae Haplocalycis Herba， which property and flavor were pungent and cool. The average contents of Mn， Ca， Mg， and K elements in cool-cold nature medicine were higher than those in the warm-hot

通訊作者：潘新波，E-mail：sinpo_pan@163.com

natural and the neutral medicine. The average contents of Zn and Fe in warm-hot natural medicine were higher than those in the cool-cold nature and the neutral medicine. The average content of Cu in the neutral medicine was higher than in the warm-hot natural and the cool-cold nature medicine. Conclusion The distribution of inorganic elements in 20 kinds of wind-expelling medicine has correlation with the cold-heat natural plants-based medicine.

Keywords： wind-expelling medicine； inorganic elements； inductively coupled plasma - optical emission spectrometry； Spearman correlation analysis； principal component analysis； systematic cluster analysis

風(fēng)藥作為中藥傳統(tǒng)分類的一大類別，其歷史悠久、臨床應(yīng)用廣泛，具有十分重要的治療作用。古今眾多醫(yī)家對“風(fēng)藥”均有較多且經(jīng)典的論述，最早見于金代張元素《醫(yī)學(xué)啟源》一書，其弟子李東垣的《脾胃論》則進一步較為詳盡論述了風(fēng)藥對治療脾胃病具有的發(fā)散郁熱、升發(fā)陽氣等功效，并依據(jù)張元素對藥物的五類歸納法[1]，將“風(fēng)升生”類藥物（約20味）加以歸納闡述。但后世醫(yī)家對風(fēng)藥的定義都未給予明確的界定，隨著近代對風(fēng)藥的著述專論逐漸增多，對風(fēng)藥這一原為“法象藥理”名稱的藥物研究日趨系統(tǒng)完善。依據(jù)歷代文獻記載，風(fēng)藥具有風(fēng)木屬性，“在天為風(fēng)，在地為木”，作用趨向為向上、向外。目前關(guān)于風(fēng)藥概念定義主要有2種：①祛風(fēng)藥，即祛除外感風(fēng)邪類藥物；②治風(fēng)藥，即祛除外風(fēng)、平熄內(nèi)風(fēng)類藥物[2]。目前關(guān)于風(fēng)藥與無機元素方面的研究較少，本研究參照古今文獻，依據(jù)具有“風(fēng)升生”特性，并參照功效及治療作用選擇防己、羌活、白芷、秦艽、升麻、防風(fēng)、獨活等20種風(fēng)藥飲片進行研究，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鉀（K）7種元素含量，探討風(fēng)藥中不同無機元素的分布及其相關(guān)性。

1 儀器與試藥

PerkinElmer Optima 8000 ICP-OES，美國珀金埃爾公司；HY-04型高速粉碎機，北京環(huán)亞天元機械技術(shù)有限公司；XPE105型十萬分之一電子天平，METTLER TOLEDO公司；DHG-9240A型恒溫干燥箱，上海楚定分析儀器有限公司；HG-12-4B型馬弗爐，上海禾工科學(xué)儀器有限公司。

55Mn、65Zn、64Cu、56Fe、24Mg多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，批號GSB04-1766-2004），100 ?g/mL；40Ca、39K單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，批號GSB04-17-2009），1000 ?g/mL；濃HNO3（優(yōu)級純，煙臺市雙雙化工有限公司）；試驗用水均為超純水。

參照《中華本草》[3]和《中藥學(xué)》[4]選擇20種風(fēng)藥樣品，包括解表藥11種（羌活、白芷、荊芥、桂枝、細辛、麻黃、升麻、葛根、防風(fēng)、薄荷、柴胡），祛風(fēng)濕藥4種（防己、秦艽、威靈仙、獨活），平肝熄風(fēng)藥2種（鉤藤、天麻），化痰止咳藥1種（天南星），活血化瘀藥1種（川芎），開竅藥1種（石菖蒲）。20種中藥飲片均為市售，來源于甘肅省人民醫(yī)院中藥房，經(jīng)甘肅省人民醫(yī)院鄭修麗副主任藥師鑒定，符合2015年版《中華人民共和國藥典》（一部）[5]相關(guān)項下標(biāo)準(zhǔn)，樣品信息見表1。

2 方法與結(jié)果

2.1 儀器工作條件

等離子體射頻功率為1.3 kW，等離子體氣流量為15 L/min，霧化氣流量為0.60 L/min，輔助氣流量為0.2 L/min；樣品沖洗30 s，延遲0 s，軸向觀測，重復(fù)測定3次。各元素檢測波長分別為：Mn 257.610 nm、Zn 206.200 nm、Cu 327.393 nm、Fe 238.204 nm、Ca 396.847 nm、Mg 285.213 nm、K 766.490 nm。

2.2 供試品溶液的制備

將20種樣品用來水沖洗后，分別用去離子水沖洗，烘干，粉碎，過篩（100目），恒重后置于干燥器中備用。采用干法灰化法消解干燥至恒重的樣品：分別精密稱取各樣品約2.000 0 g，置于坩堝中，加熱炭化后，移入馬弗爐中，550 ℃至完全灰化。冷卻至室溫，取出，加1 mL硝酸濕潤灰分，小火蒸干。550 ℃灼燒1 h，放冷至室溫。加入15 mL HNO3（1∶1），加熱使灰分充分溶解，移入100 mL容量瓶中，用純化水反復(fù)洗滌坩堝3次，洗液并入容量瓶中，加水定容至刻度，搖勻，即得。用HNO3（1∶1）混勻，作為空白溶液作灰化空白測定。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

2.3.1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液

取100 ?g/mL多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（55Mn、65Zn、64Cu、56Fe、24Mg）1 mL，用10%HNO3溶液定容至10 mL，即得10 ?g/mL多元素混合貯備液；分別依次精密量取10 ?g/mL多元素混合貯備液200、400、600、800、1000 ?L，置10 mL容量瓶中，然后用10%HNO3溶液依次定容至刻度，得0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、10.0 ?g/mL多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.3.2 單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液

分別依次取1000 ?g/mL 40Ca單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液20、40、60、80、100 ?L，置100 mL容量瓶中，用10%HNO3溶液依次定容至刻度，得0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 ?g/mL 40Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液；分別依次取1000 ?g/mL 39K單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液200、400、600、800、1000 ?L，置100 mL容量瓶中，用10%HNO3溶液依次定容至刻度，得2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ?g/mL 39K標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.4 線性關(guān)系考察

采用ICP-OES對上述各標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢測限見表2。55Mn、65Zn、64Cu、56Fe、24Mg、40Ca的線性范圍為0.2～1.0 ?g/mL，39K的線性范圍為2.0～10.0 ?g/mL。

2.5 方法學(xué)考察

2.5.1 穩(wěn)定性試驗

取“2.2”項下防己供試品溶液，按“2.1”項下ICP-OES工作條件，于0、2、4、8、12、16、24 h分別測定，計算RSD，結(jié)果各元素的RSD在0.60%～4.7%之間。

2.5.2 精密度試驗

分別吸取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液各1份，按“2.1”項下條件，連續(xù)進樣測定6次，計算RSD，結(jié)果各元素的RSD在0.99%～3.43%之間。

2.5.3 重復(fù)性試驗

按“2.2”項下方法制備6份防己供試品溶液，按“2.1”項下條件進樣測定，計算RSD，結(jié)果各元素的RSD在1.28%～4.51%之間。

2.5.4 加樣回收率試驗

精密稱取6份防己藥材粉末，每份約1.000 0 g，加入一定量的各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“2.2”項下方法制備防己供試品溶液，按“2.1”項下ICP-OES工作條件，進樣測定各元素含量，計算平均加樣回收率及RSD。結(jié)果各元素平均加樣回收率為85.77%～107.49%，RSD為1.38%～4.31%。

2.6 含量測定結(jié)果

采用外標(biāo)法計算樣品中各元素含量，結(jié)果見表3。對比20種風(fēng)藥中各元素的含量可以看出：常量元素Ca、Mg、K中，K元素含量最高，順序依次為K>Mg>Ca；薄荷K元素含量最高，柴胡Mg元素含量最高，鉤藤Ca元素含量最高。微量元素中，Mn元素平均含量明顯高于Zn、Cu、Fe，順序依次為Mn>Fe>Zn>Cu；柴胡Mn元素含量最高，天南星Fe元素含量最高，威靈仙Zn含量最高，升麻Cu元素含量最高。

2.7 相關(guān)性分析

采用SPSS21.0統(tǒng)計軟件分別對上述各元素含量測定結(jié)果進行正態(tài)性檢驗（K-S法），結(jié)果顯示Mn、Zn、Cu、Ca、Mg、K含量測定結(jié)果服從正態(tài)分布，F(xiàn)e含量測定結(jié)果不服從正態(tài)分布，因此采用Spearman等級相關(guān)分析法，結(jié)果見表4。分析結(jié)果顯示，Zn與Mn、Cu呈顯著正相關(guān)（P<0.05，P<0.01）；Mg與Cu、Fe有顯著相關(guān)性（P<0.05，P<0.01），其中Mg與Cu呈負相關(guān)，Mg與Fe呈正相關(guān)。上述分析結(jié)果表明，20種風(fēng)藥中的相關(guān)無機元素之間具有一定的相互作用，在一定程度上能夠起到相互協(xié)同或相互拮抗的作用。

2.8 主成分分析與綜合評價

采用SPSS21.0統(tǒng)計軟件對上述各元素測定結(jié)果進行主成分分析。

表5顯示，前3個特征值均大于1，累積方差貢獻率為66.321%，即20種風(fēng)藥中7種元素主要由3個主成分客觀解釋。表6顯示，Zn、Cu元素的系數(shù)第1主成分中載荷系數(shù)較大，是第1主成分的主要綜合評價指標(biāo)；第2主成分中Mn、Mg元素的載荷系數(shù)較高，是第2主成分的重要決定因子；Ca、K元素在第3主成分中載荷系數(shù)較高，為第3主成分的主要評價因子?？煞謩e將3個主成分因子得分用數(shù)學(xué)模型表示，即：

Y1=0.212Mn+0.423Zn+0.571Cu+0.037Fe-0.177Ca-0.240Mg-0.015K

Y2=0.545Mn+0.116Zn-0.158Cu+0.029Fe+0.037Ca+0.565Mg+0.123K

Y3=0.047Mn+0.077Zn-0.197Cu-0.426Fe+0.581Ca-0.007Mg+0.469K

分別計算上述3個數(shù)學(xué)模型對應(yīng)的得分（F1、F2、F3），以3個主成分因子的貢獻率為權(quán)數(shù)，線性加權(quán)求和計算得各風(fēng)藥中元素總因子綜合得分（F）及綜合排名順序，結(jié)果見表7。

表7顯示，綜合得分>0有10種中藥，分別為：柴胡、獨活、升麻、威靈仙、防風(fēng)、薄荷、川芎、石菖蒲、葛根及鉤藤。其中，柴胡的綜合得分排名第1，且第2主因子的得分最高（3.733），Mn、Mg是其第2主成分的特征性元素；升麻中第1主因子得分最高（2.821），表明Zn、Cu含量較高，且其綜合得分排名第3；第3主因子得分最高（1.607）為獨活，其Ca、K元素含量相對較高，綜合排名得分第2。分別對20種風(fēng)藥中3個主成分因子得分進行分析，發(fā)現(xiàn)第1主成分因子得分大于2、3主成分得分的中藥有8味，第2主成分因子得分大于1、3主成分得分的中藥有4味，第3主成分因子得分大于1、2主成分得分的中藥有8味；F1得分最高且F排名前10位的中藥有3味，F(xiàn)2得分最高且F排名前10位的中藥有1味，F(xiàn)3得分最高且F排名前10位的中藥有6味，結(jié)合各主成分中元素的載荷系數(shù)，可知Zn、Cu、Ca、K在各風(fēng)藥中分布較為廣泛，Mn、Mg元素在各風(fēng)藥中分布差異較大。

2.9 系統(tǒng)聚類分析

運用SPSS21.0統(tǒng)計軟件，采用Euclidean distance系數(shù)和Within-groups linkage法以各元素含量對20種風(fēng)藥進行聚類分析[6-7]，結(jié)果見圖1。

圖1 20種風(fēng)藥中7種無機元素聚類分析樹狀圖

依據(jù)20種風(fēng)藥中7種元素含量形成的樹狀聚類圖，并參照《中藥學(xué)》[4]藥性分類[寒涼（大寒、寒、微寒、涼、微涼）、溫?zé)幔?、微溫、熱、大熱）、平]，可將20種風(fēng)藥分為四大類：第Ⅰ類包含12種風(fēng)藥，其中解表藥6種（羌活、白芷、荊芥、桂枝、細辛、麻黃，性味辛、溫），祛風(fēng)濕藥3種（防己、秦艽、威靈仙，性味分別為辛、寒，辛、平，辛、溫），化痰止咳藥1種（天南星，性味辛、溫），平肝熄風(fēng)藥1種（鉤藤，性味甘、涼），活血化瘀藥1種（川芎，性味辛、溫），可見第Ⅰ類藥物性味以辛、溫為主；第Ⅱ類為單味藥柴胡，為解表藥，性味辛、微寒，其Mn元素含量為20種風(fēng)藥中最高；第Ⅲ類包含6種風(fēng)藥，解表藥3種（升麻、葛根、防風(fēng)，升麻、葛根性味為辛、微寒，防風(fēng)為辛、微溫），祛風(fēng)濕藥1種（獨活，性味為辛、微溫），平肝熄風(fēng)藥1種（天麻，性味為甘、平），開竅藥1種（石菖蒲，性味為辛、溫）；第Ⅳ類為單味藥薄荷（解表藥，性味為辛、涼）。

采用SPSS21.0統(tǒng)計軟件分別以藥物的寒熱藥性（溫?zé)?、平、寒涼）為依?jù)對20種風(fēng)藥中7種元素含量的均值進行對比分析，組間比較采用獨立樣本t檢驗，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義，結(jié)果見表8。12種溫?zé)崴幒?種寒涼藥中7種元素含量的總均值高于2種平性藥，寒涼藥中Mn、Ca、Mg、K平均含量高于溫?zé)崴幒推叫运帲瑴責(zé)崴幹衂n、Fe平均含量高于寒涼藥和平性藥，平性藥中Cu平均含量高于溫?zé)崴幒秃疀鏊?，平性藥中Cu平均含量與溫?zé)崴幈容^差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。通過上述分析可知，風(fēng)藥中無機元素含量分布及其與中藥寒熱藥性具有一定的相關(guān)性。

3 討論

現(xiàn)代藥理研究表明，風(fēng)藥是一類具有多種藥理作用的藥物，可抗炎、抗過敏、免疫調(diào)節(jié)[8]，有效提高血管通透性，抑制血管炎性因子，改善凝血和循環(huán)機制[9]，在解熱鎮(zhèn)痛、抗驚厥及解除平滑肌痙攣、祛除內(nèi)毒素、減輕局部水腫狀態(tài)等方面效果顯著。中草藥主要是由有機成分和無機元素組成的，而其中無機元素與人體某些疾病密切相關(guān)，參與人體多種生理、生物反應(yīng)，進而起到防病治病的作用，且無機元素對中藥生物活性的表達和化學(xué)成分的形成具有重要作用[10-12]。

本研究采用ICP-OES對20種風(fēng)藥中Mn、Zn、Cu、Fe、Ca、Mg、K共7種元素進行含量測定。結(jié)果表明，常量元素K平均含量明顯高于Ca、Mg，微量元素Mn平均含量明顯高于Zn、Cu、Fe，不同類別風(fēng)藥的無機元素含量有明顯差異；相關(guān)性分析結(jié)果表明，Zn與Mn、Cu呈顯著正相關(guān)（P<0.05，P<0.01）；Mg與Cu、Fe有顯著相關(guān)性（P<0.05，P<0.01），其中Mg與Cu呈負相關(guān)，Mg與Fe呈正相關(guān)；通過主成分分析評價，20種風(fēng)藥中Zn、Cu、Mn、Mg、Ca、K是特征性評價因子，其中Zn、Cu、Ca、K在各風(fēng)藥中分布較為廣泛，Mn和Mg在各風(fēng)藥中分布差異較大，柴胡的無機元素主成分綜合得分居首位，其Mn元素含量最高，這與韓麗琴等[13]發(fā)現(xiàn)治療呼吸系統(tǒng)疾病中草藥中柴胡Mn含量最高的研究結(jié)果相一致。

綜上所述，不同風(fēng)藥中所含元素差異明顯，既可作為各風(fēng)藥之間區(qū)分的特征性元素，又可能是不同風(fēng)藥發(fā)揮主導(dǎo)治療作用的元素。由于中草藥中所含無機元素能與生物體內(nèi)大分子形成酶，參與機體的調(diào)控活動[12]，因此，風(fēng)藥中各無機元素是其發(fā)揮功效和臨床治療作用的主要影響因素之一。研究顯示，Zn、Cu、Fe及Mn具有增強人體免疫功能等作用，Zn、Cu及Mn作為超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等的活性中心，能夠清除和抑制體內(nèi)自由基；當(dāng)Zn、Cu、Fe及Mn缺乏時，可導(dǎo)致免疫器官發(fā)生萎縮，從而使體液免疫和細胞免疫功能降低；Mn參與機體能量代謝，是多種中藥生物酶的活性中心；Zn對正常免疫功能的維持有重要作用，缺Zn會導(dǎo)致T輔助細胞和抑制細胞比率下降，自然殺傷細胞功能改變，免疫功能受損[14]。

值得一提的是，本研究通過對20種風(fēng)藥的系統(tǒng)聚類分析，發(fā)現(xiàn)7種無機元素含量分布與中藥寒熱藥性具有一定的相關(guān)性，這也與中醫(yī)辨證施治及風(fēng)藥的內(nèi)在屬性相吻合。此外，這一結(jié)果在一定程度上論證了管競環(huán)等[15]提出的“藥物中各種無機元素含量水平是決定植物類中藥四性的主要因素之一”的假說，也為無機元素與中藥寒熱藥性的相關(guān)性深入研究提供了一定的參考依據(jù)。

由于本研究所選用的風(fēng)藥樣本量及所測定的無機元素種類較少，對于無機元素與風(fēng)藥內(nèi)在功效的相關(guān)性還有待進一步深入研究。

致謝：感謝中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院張培宇主任醫(yī)師給予中醫(yī)理論指導(dǎo)。

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（收稿日期：2017-09-15）

（修回日期：2017-10-22；編輯：陳靜）