中藥材黃芪中無機元素含量的環境影響因素的Logistic回歸分析

湯舒 陳永剛 鄒吉利

摘要?目的：研究中藥材黃芪中無機元素含量的環境影響因素并予以Logistic回歸分析。方法：選取2016年3月至2018年3月武漢市第三醫院購買的源自不同采集地的中藥材黃芪20批進行研究，采用微波消解以及全發射X射線熒光光譜法分別測定20批黃芪中無機元素（包括K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb）的含量。并通過逐步Logistic回歸分析中藥材黃芪中無機元素含量與海拔、經度、維度、坡向以及坡度5個生態因子的關系。結果：20批黃芪藥材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差異。將20批黃芪采集點的生態因子作為自變量，將樣品中的無機元素含量作為因變量，去除無顯著影響的自變量，建立多元線性回歸方程。并將海拔、經度、維度、坡向以及坡度5個生態因子分別記為X1、X2、X3、X4、X5，將12種無機元素的含量分別記為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未選上任何自變量，剩余7種無機元素含量可能與環境因素存在密切相關，其回歸方程如下：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）。結論：中藥材黃芪中無機元素含量受環境影響較為明顯，且與海拔、經度、維度、坡向以及坡度存在密切相關，值得臨床重點關注。

關鍵詞?黃芪;無機元素;生態環境;中藥材;Logistic回歸分析;影響因素;生態因子;回歸方程

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

中圖分類號：R284.1;S567.239文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.12.013

黃芪是臨床上應用較為廣泛的中藥之一，具有增強機體免疫功能、利尿、抗衰老、抗應激、抗菌以及降壓等功效，在玉屏風散、黃芪桂枝五物湯、補中益氣湯以及防己黃芪湯等方中均有應用[1]。恒山黃芪歷史悠久，主要產區分布在海拔1 300～1 800 m的山地，坡度多為20°～50°，土壤多為沙質黃壤，為黃芪的良好根形提供了有利條件[2]。有研究報道顯示，黃芪等中草藥的品質高低與產地的土壤、地形、氣候以及水質等環境因子息息相關，其中土壤無機元素對中藥品質的影響已得到大量研究證實，但其他環境因子對黃芪等中藥品質的影響仍不可忽視[3]。隨著近年來對中藥生理、藥理活性的研究逐漸深入，加之無機化學領域的飛速發展，國內外均有研究報道顯示無機元素乃是黃芪等中藥材中重要的有效成分之一，對臨床治療效果具有極其重要的意義[4]。且近年來對于無機元素的研究也從單純的含量測定逐漸深入至無機元素于藥材中的存在狀態以及不同形態無機元素與藥物活性的關系中。鑒于此，本文通過采用微波消解以及全發射X射線熒光光譜法分別測定20批黃芪中無機元素含量，并通過逐步Logistic回歸分析中藥材黃芪中無機元素含量與海拔、經度、維度、坡向以及坡度5個生態因子的關系，目的在于明確環境因素與黃芪無機元素含量之間的關系，從而為黃芪的種植、選購、臨床應用提供指導作用，現作以下報道。

1?資料與方法

1.1?藥材來源?選取2016年3月至2018年3月武漢市第三醫院購買的源自不同采集地的中藥材黃芪20批進行研究，其中各批黃芪樣品的生長環境條件如表1所示。所有黃芪樣品均由我院中藥房主管中藥師鑒定。

1.2?研究方法?1）樣品處理：首先將黃芪樣品放置于60攝氏度條件下進行24 h的烘干處理，采用研缽將其研成粉末狀，精確稱取樣品（0.300±0.001）g加入消解罐內，隨后加入5 mL的濃硝酸（購自德國MERCK公司）浸泡25 min。然后加入0.5 mL的雙氧水（購自國藥集團化學試劑有限公司），通過微波消解系統消解，相關參數如下：①溫度150 ℃，壓力30 bar，升溫時間2 min，保溫時間5 min;②溫度160 ℃，壓力30 bar，升溫時間5 min，保溫時間10 min;③溫度200 ℃，壓力30 bar，升溫時間3 min，保溫時間25 min;溫度100 ℃，壓力30 bar，升溫時間1 min，保溫時間10 min。待完全消解后加入0.5 mL雙氧水，待消解液澄清后轉移至25 mL容量品種，采用二次去離子水（由國家分析測試中心提供）定容處理，平行制備2分空白待檢。2）實驗方式：吸取消解液計入0.9 mL離心管中，隨后加入10 mg/L的釔標準元素內標液10 μL，將其混勻后吸取10 μL混合液滴于石英玻璃偏上，采用紅外爐進行烘干處理。采用X射線熒光光譜儀直接檢測干燥殘留物，測定時間為1 000 s。相關參數如下：電壓50 kV，電流10～30 mA。檢測目標包括K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb，重復測量3次，取平均值。

1.3?觀察指標?分析20批黃芪藥材中無機元素含量情況，對中藥材黃芪中無機元素含量的環境影響因素進行逐步Logistic回歸分析。

1.4?統計學方法?采用SPSS 19.0統計軟件予以逐步Logistic回歸分析，明確中藥材黃芪無機元素含量與海拔、經度、維度、坡向以及坡度5個生態因子的關系，以P<0.05為差異有統計學意義。

2?結果

2.1?20批黃芪藥材中無機元素含量情況分析

20批黃芪藥材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差異。見表2。

2.2?中藥材黃芪中無機元素含量的環境影響因素逐步Logistic回歸分析

將20批黃芪采集點的生態因子作為自變量，將樣品中的無機元素含量作為因變量，去除無顯著影響的自變量，建立多元線性回歸方程。并將海拔、經度、維度、坡向以及坡度5個生態因子分別記為X1、X2、X3、X4、X5，將12種無機元素的含量分別記為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未選上任何自變量，剩余7種無機元素含量可能與環境因素存在密切相關，其回歸方程如表3所示。

3?討論

國內外對于中藥成分的研究重點在于有機成分，而忽略了無機成分，隨著中藥無機元素研究的逐漸深入，越來越多的學者發現無機元素和中藥的療效存在密切相關[5-7]。其中無機成分主要涵蓋部分常量元素、痕量元素以及微量元素，上述元素不但會對中藥藥效發揮直接影響作用，同時會對次生代謝途徑中各種酶的活性產生極為關鍵的調節作用，繼而影響中藥中各類次生代謝產物的生物合成[8-10]。然而，所有中藥的無機元素含量均會受多種因素影響而出現差異，其中同一種中藥，其原植物可能分布在全國不同的地區，而不同的地區所處的地理位置、光照時間和強度、氣候、降水量、經度、緯度等生態環境不盡相同，從而可能對無機元素含量產生直接影響[11-13]。本研究通過對山西恒山境內的黃芪進行大范圍的樣品采集，分析在該地區的土壤環境下，海拔、經度、緯度、坡向以及坡度等環境因子對黃芪中無機元素含量的影響，旨在為指導黃芪種植、栽培提供參考依據，以保證生產出質量更加的藥材。

本文結果顯示，20批黃芪藥材中K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba、Pb存在一定差異。這與曹愛華等人的研究報道類似[14-16]，說明了不同采集地獲取的黃芪所含有的無機元素含量具有差異性。原因主要與地理生長環境等因素有關。與此同時，將20批黃芪采集點的生態因子作為自變量，將樣品中的無機元素含量作為因變量，去除無顯著影響的自變量，建立多元線性回歸方程。并將海拔、經度、緯度、坡向以及坡度5個生態因子分別記為X1、X2、X3、X4、X5，將12種無機元素的含量分別記為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未選上任何自變量，剩余7種無機元素含量可能與環境因素存在密切相關，其回歸方程如下：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）。這說明了黃芪中K元素含量的多少可能與海拔、經度有關，且隨著海拔和經度的升高而逐漸增加;Ca元素含量的多少則于經度存在明顯相關性，即隨著經度的不斷升高而隨之增加;Cr元素含量的多少主要和坡向相關;Ni與Zn元素含量的多少主要和坡度相關，即坡度越高上述兩項元素含量越高[17-19];Cu元素含量的多少與坡度以及坡向相關，即隨著坡度和坡向的升高其含量逐漸增加;Ba元素含量的多少和海拔、坡向相關，且隨著海拔的不斷升高以及坡向的逐漸降低，鈣元素含量隨之減少[21-22]。總而言之，黃芪中無機元素的含量主要是受多種生態因子所影響，且與土壤中的無機元素含量以及富集情況相關，需進行更深入的研究。

綜上所述，中藥材黃芪中無機元素含量受環境影響較為顯著，可能和海拔、經度、維度、坡向以及坡度存在一定相關性，然而環境因素對黃芪品質形成過程中相關酶與生化過程的影響有待進一步的研究。需要指出的是，本文的優點在于創新性地選擇了20批黃芪藥材進行無機元素含量的確定，并對中藥材黃芪中無機元素含量的環境影響因素進行逐步Logistic回歸分析，這不僅確保了檢測結果的準確性，同時也科學地分析了影響黃芪中無機元素含量的有關因素。缺點在于未邀請其他醫療機構進行多角度、多層面地研究分析，這可能對研究結構的廣泛性產生一定影響，也是本文的局限性所在。今后可針對上述情況開展多中心的協同研究，從而得到更加準確及廣泛的結論。

參考文獻

[1]姜慶華，林評蘭，謝瑞芳，等.基于《歐洲藥典》和《中華人民共和國藥典》中黃芪質量控制的比較研究[J].上海醫藥，2018，39（3）：77-82.

[2]禹亞杰，彭騰，尚寧寧，等.HPLC法測定不同產地黃芪中芒柄花苷的含量[J].中藥與臨床，2016，7（1）：17-19.

[3]詹志來，鄧愛平，彭華勝，等.基于歷代本草產地變遷的藥材道地性探討——以黃芪、丹參為例[J].中國中藥雜志，2016，41（17）：3202-3208.

[4]喬婷婷，劉圣金，林瑞超，等.基于ICP-OES/MS技術的白礬及其偽品銨明礬的無機元素差異性分析[J].中藥材，2016，39（11）：2462-2468.

[5]周玉平，楊萍，唐春蘭，等.黃芪總皂苷調節環狀RNA34116表達阻止肝纖維化進展[J].溫州醫科大學學報，2019，49（4）：263-266.

[6]陸潔，陸程潔，鄒兆華，等.人參、黃芪和刺五加提取物對斑蝥增效的作用及機制[J].中醫學報，2019，34（7）：1429-1435.

[7]孫海峰，康寶玲，高彥云，等.基于ARISA指紋圖譜技術的渾源黃芪根際微生物菌群特征剖析[J].中草藥，2016，47（12）：2157-2162.

[8]李麗敏，夏晶，張甦，等.電感耦合等離子體質譜法同時測定中藥材中的29種元素[J].中國醫藥工業雜志，2015，46（9）：999-1003.

[9]張雅麗，孫巍，張磊，等.加味逍遙方中20種無機元素的分布規律及相關性研究[J].藥物評價研究，2017，40（3）：329-334.

[10]馬麗娟，韓樂，劉訓紅，等.ICP-MS法同時測定地耳草藥材中21種無機元素的含量[J].中國藥房，2017，28（15）：2115-2119.

[11]劉巖，李連泰，計小清，等.土壤中無機元素對不同產地黃芩中無機元素和黃芩苷量的影響[J].中草藥，2017，48（6）：1225-1228.

[12]鄒立思，馬陽，王勝男，等.不同產地太子參藥材及其根際土壤無機元素的關聯分析[J].中國現代中藥，2016，18（6）：766-771.

[13]常馨，包永睿，孟憲生，等.ICP-MS法分析不同批次氣滯胃痛顆粒中無機元素的差異[J].中成藥，2016，38（4）：950-954.

[14]曹愛華.影響山西恒山蒙古黃芪藥材中無機元素含量的環境因素分析[J].中醫學報，2018，33（1）：111-114.

[15]強正澤，王燕，肖文，等.多序巖黃芪生長期不同器官中無機元素相應特征分析[J].中藥材，2016，39（1）：53-58.

[16]陳健，向鵬宇.HPLC-ELSD法測定參芪五味子片中黃芪甲苷的含量[J].臨床醫藥文獻（連續型電子期刊），2019，6（20）：148-149.

[17]顏珊珊，羅艷，盧豆豆，等.黃芪甲苷提取分離實驗應用于高職生物學教學的探討[J].生物學通報，2019，54（6）：31-34.

[18]楊慶珍，王增繪，付娟，等.黃芪化學成分與生態因子的相關性[J].應用生態學報，2015，26（3）：732-738.

[19]孫瑩瑩.HPLC法同時測定康潰丸中黃芪甲苷藁本內酯和黨參炔苷的含量[J].云南中醫中藥雜志，2019，40（6）：78-81.

[20]施曉光，趙莊，陸敏儀，等.微波消解ICP-MS法測定黃芪注射液中5種重金屬元素含量[J].中國藥師，2013，16（4）：494-496.

[21]姚娜，黃燕明，李雪銀，等.HPLC同時測定炙黃芪配方顆粒特征圖譜及毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量[J].中國現代中藥，2019，21（6）：814-816.

[22]Li L，Zheng S，Brinckmann JA，et al.Chemical and genetic diversity of Astragalus mongholicus grown in different eco-climatic regions[J].PLoS One，2017，12（9）：184791-184792.

（2018-12-18收稿?責任編輯：蒼寧）