17種中藥材中重金屬污染分析與健康風險評估

閆研,秦斌,梁雪,連少敏,王冰,王炳志,嚴義勇,殷果

(1.深圳市藥品檢驗研究院,國家藥品監督管理局中藥質量研究與評價重點實驗室,廣東 深圳 518057;2.深圳市易瑞生物技術股份有限公司,廣東 深圳 518101)

中藥是我國珍貴的民族瑰寶,是中醫藥發展的物質基礎,在我國具有悠久的使用歷史。自古以來,中藥是我國人民用于預防、治療疾病的重要手段[1]。近年來,我國中藥材的需求量呈逐年上升趨勢,隨著生活中使用中藥的頻率越來越高,中藥中重金屬的污染問題也成為重點關注對象之一[2]。由于某些藥材本身可能對特定的金屬元素產生富集作用,導致在藥材本身的生產、加工、市售過程中可能受到重金屬元素的污染[3]。人體長期接觸重金屬會導致身體、肌肉和神經系統的退化,進而引發急性或慢性中毒等系列反應[4-5]。因此,對中藥材中殘留的重金屬加以控制和評估,對于提高中藥材質量,保障人民飲食用藥安全具有重要意義。

目前,重金屬污染評估主要針對污染程度和健康風險兩方面。污染程度評價的方法有不合格率[6]、單因子污染指數法Pi和內梅羅綜合污染指數法P綜合[7];健康風險評價的方法有每日最大可耐受攝入量(EDI)[8]、靶標危害系數法(THQ)和各元素的累計目標危害系數(TTHQ)[9]。每日最大可耐受攝入量是由于重金屬暴露周期較長,在人體中積蓄,其膳食風險評估通常為長期慢性暴露評估,從而預估每日重金屬的攝入量,控制重金屬被人體吸收攝入的量[10]。靶標危害系數法、各元素的累計目標危害系數是基于國際通用的毒理學結果,從人體對重金屬的耐受量出發,保守估計其對人體危害的計算方法,在重金屬污染分析上都有應用[11-12]。

本研究以市售常見的17種中藥材干姜、獨活、柴胡、細辛、白附子、廣藿香、川芎、天麻、板藍根、菊花、沉香、陽春砂、梔子、芡實、白芷、金銀花、蒼術為對象,以鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu) 5 種重金屬為檢測指標,以《中國藥典》2020年版中規定的中藥材中重金屬的限量值為依據[13],同時采用上述6種評價方法對樣品中殘留的重金屬進行全面、系統、深入地污染程度評價和健康風險評估,以科學、準確、有效地掌握中藥材的重金屬攝入風險,為其質量控制和市場監管提供靶向性指引[14],為中藥材中重金屬污染分析的新技術新方法開發提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 數據來源本研究以近5年國家評價抽驗、日常監督抽驗實驗數據為基礎,針對不同來源的金銀花、菊花、芡實等17種中藥材,獲取重金屬檢測相關數據;在國內三大數據庫(中國知網、萬方、維普)進行文獻檢索,獲取近5年來17種藥材的重金屬檢測相關數據。最終數據共涉及中藥材929批次,生產企業221家,涵蓋全國30個省、自治區、直轄市,以確保分析評價的系統全面和科學有效。

1.2 污染程度評價方法為準確客觀地反映中藥材中重金屬的狀況,計算超標率從而客觀的分析樣本中的重金屬污染狀況。公式如下:

(1)

式中,N為超標樣品個數,M為單類中藥材的樣品總數單因子污染指數法是利用實測數據和標準對比分類,而內梅羅綜合污染指數法是在單因子污染指數評價基礎上兼顧極值環境質量分數[15],且污染程度分級如表1所示,計算公式如下:

表1 單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數分級

單因子污染指數法計算公式:

(2)

式中,Pi為重金屬元素i環境質量指數,Ci為重金屬元素i的實測質量分數(mg·kg-1);Si為重金屬元素i的評價標準(mg·kg-1)。

內梅羅綜合污染指數法計算公式:

(3)

式中,Pmax為各單項污染指數最大值,Pave為所有單項污染指數平均值,P綜合為內梅羅綜合污染指數。Pi及P綜合分級見表1。

1.3 健康風險評價方法采用EDI計算每日重金屬攝入的最大量從而進行中藥材中的重金屬對人體的膳食風險評估,計算公式如下:

(4)

式中,C為藥材中重金屬質量分數(mg·kg-1),BM為人的平均體質量,此處采用國際通用標準體重為60 kg。IRD(daily ingestion rate)是每日攝入藥材量,此處取最大攝入量。根據《中國藥典》2020年版(一部)[13]規定,各藥材每日攝入藥材最大量為:金銀花15 g、菊花10 g、芡實15 g、梔子10 g、干姜10 g、白芷10 g、天麻10 g、獨活10 g、廣藿香10 g、白附子6 g、川芎10 g、細辛3 g、板藍根15 g、柴胡10 g、沉香5 g、陽春砂6 g、蒼術9 g。

采用美國環保局2000年發布的THQ評估中藥材中的重金屬對人體的健康危害[16],按照公式(5)計算,由于重金屬對人體健康的影響一般是多種元素共同作用所知,因此,有必要計算TTHQ,按照公式(6)計算。

(5)

TTHQ=∑THQ

(6)

式(5)中,EF為每年暴露于毒物天數(設定為30 d);ED為暴露于毒物的年數(30年);AT為平均接觸非致癌毒物(此處為中藥材)的時間,取人平均壽命70年×365;BW為人體平均體質量,此處采用國際通用標準為60 kg[17]。RFD為參考劑量,參考USEPA設置的日參考劑量為:Cu 0.04 μg·g-1,As 0.000 3 μg·g-1,Cd 0.001 μg·g-1,Hg 0.000 3 μg·g-1,參考歐洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)設置Pb日參考劑量為0.001 5 μg·g-1[18]。THQ為靶標危害系數,其中THQ≤1,表示健康風險可接受,THQ>1,表示存在潛在的健康風險。TTHQ為各元素的危害系數之和,TTHQ≤1,表示健康風險可接受,TTHQ>1,表示存在健康風險[19]。

2 結果與分析

2.1 污染程度評價

2.1.1 重金屬殘留量結果由表2顯示,929批藥材中Cu超標的樣品為柴胡、陽春砂、菊花、川芎、廣藿香,其超標率分別為25.81%、23.08%、14.85%、8.82%、1.56%,超標最大值為柴胡,高達64.69 mg·kg-1;Cd超標的樣品為沉香、白附子、菊花、川芎、板藍根、獨活,其超標率為30.77%、27.50%、20.79%、17.65%、16.00%、3.28%,超標最大值為菊花,高達3.84 mg·kg-1;Pb超標的樣品有沉香、金銀花、白附子、白芷、柴胡、廣藿香、獨活,其超標率分別為11.54%、10.34%、6.25%、5.11%、3.23%、3.13%、1.64%,超標最大值為金銀花,高達43.60 mg·kg-1;Hg超標的樣品有干姜、獨活、柴胡、天麻、芡實、白芷、梔子、白附子、蒼術、細辛、廣藿香、板藍根、川芎、菊花,超標率分別為72.46%、54.10%、32.36%、31.25%、13.64%、11.68%、11.63%、7.50%、6.67%、6.25%、6.25%、4.00%、2.94%、0.99%,且超標最大值為干姜,高達6.31 mg·kg-1;As超標的樣品有細辛、板藍根、梔子、川芎、芡實、白附子、金銀花,超標率分別為37.50%、12.00%、6.98%、5.88%、4.55%、2.50%、1.15%,且超標最大值為梔子,高達7.68 mg·kg-1。重金屬Hg超標最普遍,17種中藥材中有14種均涉及Hg超標。

表2 各樣品中重金屬含量殘留量及超標情況

17種藥材中有13種藥材還存在多種重金屬同時超標現象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4種重金屬超標,川芎存在Cu、Cd、Hg和As 4種重金屬超標,獨活存在Cd、Pb和Hg 3種重金屬超標,柴胡和廣藿香存在Cu、Pb和Hg 3種重金屬超標,菊花存在Cu、Cd和Hg 3種重金屬超標,板藍根存在Cd、Hg和As 3種重金屬超標,細辛、梔子和芡實存在Hg、As 2種重金屬超標,沉香存在Cd、Pb 2種重金屬超標,白芷存在Pb、Hg 2種重金屬超標,金銀花存在Pb、As 2種重金屬超標。

綜上,17種藥材共計929批次,重金屬超標藥材共計279批次,占比30.03%,按總超標率大小排序為干姜>獨活>柴胡>細辛>白附子>川芎>天麻>沉香>板藍根>菊花>陽春砂>梔子>芡實>白芷>金銀花>廣藿香>蒼術。

2.1.2 單因子污染指數、內梅羅綜合指數根據表1和表3結果顯示,干姜、獨活的單項污染指數評價為重度污染級,柴胡的單項污染指數評價為輕度污染級,其他藥材為優良和安全;按內梅羅綜合污染指數大小排序:干姜>獨活>柴胡>白附子>天麻=陽春砂>細辛>沉香>菊花>川芎>芡實>梔子>白芷=金銀花>廣藿香>板藍根>蒼術,干姜的綜合污染指數評價達到了重度污染級,獨活的綜合污染指數評價達到了中度污染,柴胡的綜合污染指數評價達到了輕度污染,其他藥材均為安全級。干姜的單項和綜合污染指數評價均達到了重度污染級是因為其69批次中Hg的超標50批次,其超標率高達72.46%;獨活有33批次Hg超標導致其單項污染指數評價達到了重度污染級,綜合污染指數評價達到了中度污染級,其超標率達到54.10%;柴胡超標污染最大值高達64.69 mg·kg-1,導致其單項和綜合污染指數評價達到了輕度污染級。

表3 各樣品的單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數評估

上述結果表明,超標率、單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數3種方法對17種藥材中重金屬殘留量的污染評價結果基本一致。

2.2 健康風險評估EDI為每日最大可耐受攝入量,通過計算得到的EDI與每日暫定可耐受攝入量(provisional tolerable daily intake,PTDI)對比,即可得出服用17種中藥材可能導致的健康風險水平。參照文獻[20-21]設定Pb、Cd、As、Hg、Cu的PTDI分別為0.003 570、0.000 830、0.002 140、0.000 570、0.500 000 mg·kg-1·d-1,當EDI

表4 各樣品EDI、THQ及TTHQ結果

THQ為藥材中單個重金屬元素的危害,TTHQ為各元素的危害系數之和。THQ、TTHQ<1,表示健康風險可接受,表4顯示,該17種中藥材的THQ和TTHQ均<1。因此,以THQ和TTHQ作為健康風險評價指標時,可認為這17種中藥材被分別和同時服用后,其重金屬殘留量對人體無明顯的健康風險危害。

上述結果表明,膳食風險評估、靶標危害系數法和各元素累計目標危害系數3種方法對17種藥材中重金屬殘留量的健康風險評價結果基本一致。

3 討論

研究發現,目前我國中藥材普遍然存在不同程度的重金屬超標現象,問題主要集中在三點:①單一重金屬污染嚴重,如干姜和獨活中Hg超標嚴重,其中干姜的單項和綜合污染指數評價已達到重度污染程度;②單一藥材的重金屬最大值污染嚴重超標,如柴胡中Cu嚴重超標,且超標最大值為《中國藥典》限量規定值的32.35倍;③單一藥材存在多種重金屬同時超標現象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4種重金屬超標,盡管目前評估為無明顯健康危害,但重金屬累積風險加重,不加以重視和控制,勢必會影響中藥材質量,進而危害人體健康。

結合重金屬元素的限度值分析,由于《中國藥典》2020年版(四部)規定Cd的限量值由原來的《中國藥典》2015年版[22]的0.3 mg·kg-1提高到了1.0 mg·kg-1,以白附子為例,Cd超標率由86.25%下降到41.25%,但Cd超標態勢依然嚴峻,其超標問題仍然要加以重視。

我國中藥材重金屬元素污染現象普遍,形勢嚴峻,中藥材質量控制的道路上仍然任重而道遠。為了保證我國中藥材質量的不斷提升,除了對藥材種植源頭進行嚴格控制外,還要注重藥材在市場流通環節的有利監管。技術層面看,當前我國針對中藥材質量篩查的技術尚不夠全面、快速[23],因此,無論是從技術層面還是監管層面,都亟待一種對中藥材進行快速篩查的手段,本研究結果可為中藥材快速檢驗方法的開發提供理論依據和數據支持,為政府執法部門對中藥材的監管提高了靶向性,對我國中藥材質量提升具有重要意義。