正天丸中4种微量元素的含量测定及健康风险评估

Determination of 4 trace elements in Zhengtian Pills and health risk assessment

摘要

目的 建立测定正天丸中铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）4种微量元素含量的方法，并对其进行健康风险评估。 方法 采用微波消解法对正天丸样品进行处理，采用等离子体发射光谱法（inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES）检测正天丸中4种微量元素的含量，利用聚类分析和相关性分析对数据进行处理；采用靶向危害系数法（target hazard quotient，THQ）和“中药有害物质限量制定指导原则”中的重金属及有害元素最大限量法对不同批次正天丸样品中4种微量元素的污染程度进行风险评估。 结果 在20.0~200.0 ng·mL^-1质量浓度范围内，4种元素的峰面积与质量浓度呈良好线性关系（r≥0.999 7），检出限为0.52~1.14 ng·mL^-1；加样回收率为98.62%~101.83%，精密度实验、重复性实验、加标回收率实验的相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）均小于3％。正天丸中4种微量元素的含量有差异但均符合《中华人民共和国药典》（2020版）中的相关要求，对人体健康不会产生明显影响。 结论 该方法准确度高、精密度好、分析速度快，可同时测定多种元素，适用于正天丸中4种微量元素的测定，检测的正天丸质量安全性较好，为正天丸的健康风险评估提供科学依据。

Abstract

Objective To establish a method for the determination of the 4 trace elements （Pb， As， Cr， Cd） in Zhengtian Pills， and to assess its health risk. Methods The samples were treated by nitric acid microwave digestion system. Microwave digestion-inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES） method was established to determine the content of the 4 trace elements. The results were analyzed by using cluster analysis and correlation analysis. Risk assessment of the 4 trace elements pollution levels in different batches of Zhengtian Pills was performed by using targeted hazard quotients （THQ） and the maximum limit method of heavy metals and toxic elements in “Guideline for Formulation of the Limit of toxic Residue of Traditional Chinese Medicine”. Results The peak areas of the 4 elements showed a good linear relationship with the mass concentration within the 20.0-200.0 ng·mL^-1 concentration range （r≥0.999 7）. The limits of detection were in the range of 0.52-1.14 ng·mL^-1 and the recoveries were in the range of 98.62%-101.83%. The RSD of precision test， repeatability test， and spiked recovery rate test were all less than 3%. There were differences in the content of the 4 trace elements in Zhengtian Pills， but they complied with the relevant requirements of the Chinese Pharmacopoeia（2020 edition）. The 4 trace elements in Zhengtian Pills did not show significant impact on human health. Conclusion The established method has the chracteristics of high accuracy， good precision， and fast analysis speed， which make the simultaneous determination of multiple elements be possible. The quality of the tested Zhengtian Pills is generally safe.

Graphical abstract

关键词

正天丸 / 微量元素 / 微波消解 / 等离子体发射光谱法 / 健康风险评估

Key words

Zhengtian Pills / trace elements / microwave digestion / inductively coupled plasma atomic emission spectrometry / health risk assessment

正天丸由钩藤、白芍、川芎、当归、地黄、白芷等15味中药材组成，具有疏风活血、养血平肝、通络止痛等功效，临床上常用于治疗因外感风邪、瘀血阻络、血虚失养、肝阳上亢等引起的偏头痛、紧张性头痛、神经性头痛、颈椎病型头痛、经前头痛^［1］。正天丸中多种中药材的叠加效应可能会使微量元素含量偏高。随着社会的发展，微量元素的污染日益受到关注^［2］，微量元素在人体内累积会对正常生理功能造成明显危害^［3-4］，过量累积会导致蓄积性中毒反应，对人体造成严重损害^［5］。个别患者服用正天丸后，出现肝功能检查结果异常，主要表现为谷丙转氨酶轻度升高。因此测定正天丸中的微量元素含量对于保证药物使用安全性、提高其质量品质有重要意义。

电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES）法具有测量速度快、测量元素多等特点，已广泛用于药物中多种元素的检测分析^［6］。查阅文献发现，正天丸中微量元素检测和健康风险评估未见报道。本文结合微波消解及ICP-AES法，建立同时测定正天丸中4种微量元素含量的方法，以期为正天丸的风险评估提供参考依据。

1 仪器与试药

1.1 仪器

ICAP7400型ICP-AES仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）；Smart-N型超纯水发生器（上海康雷分析仪器有限公司）；iMD 40型微波消解仪［睿科集团（厦门）股份有限公司］；AE230型分析天平（瑞士梅特勒-托利多公司）。

1.2 试药

正天丸（批号2202005S，2206006S，2206009S，2207005S，2209003S，2209017S，2212003S，2212010S，2301006S，2302016S，华润三九医药股份有限公司）；硝酸（批号20211203，优级纯，国药集团化学试剂有限公司）；铬（Cr）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）4种微量元素混合对照品溶液（质量浓度为100.0 μg·mL^-1，坛墨质检标准物质中心）。

2 方法与结果

2.1 混合对照品溶液的制备

将混合对照品溶液逐级稀释至质量浓度为1.0 μg·mL^-1的混合对照品母液，分别量取混合对照品母液1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 mL，分别置于50 mL量瓶中，用体积分数为3%的稀硝酸溶液定容至刻度线，摇匀，配制成质量浓度分别为20.0、40.0、80.0、160.0、200.0 ng·mL^-1的混合对照品溶液。

2.2 供试品溶液的制备

取正天丸样品约2.0 g，精密称定，置于用体积分数20%硝酸浸泡并洗净的聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸，混匀，盖好内盖，旋紧外套，进行消解。程序如下：从室温升温至120 ℃，保持5 min；再升温至160 ℃，保持10 min；最后升温至180 ℃，保持10 min。消解完全后，降至室温，取出消解罐，赶酸至溶液近干，用少量超纯水洗涤消解罐3次，合并洗液置于量瓶中，定容至10 mL，备用。另取8 mL体积分数为3%的硝酸，同法制备空白样品溶液。

2.3 ICP-AES测定条件

射频功率为1 150 W；载气流量为0.5 L·min^-1；冷却气体流量为12 L·min^-1；辅助气体流量为0.5 L·min^-1；泵速为50 r·min^-1；检测波长为189.042~283.563 nm；开机后用大流量氩气吹扫1 h以上，调整仪器至最佳，重复进样3次。

2.4 方法学考察

2.4.1 线性关系及检出限

取“2.1”项下制备的系列混合对照品溶液和“2.2”项下制备的空白样品溶液，进样测定。以待测元素质量浓度（x）为横坐标，发射强度（y）为纵坐标，绘制各元素的标准曲线。在相同仪器条件下平行测定空白溶液11次，以3倍标准偏差计算方法的检出限。实验结果见表1。结果表明，在20.0~200.0 ng·mL^-1质量浓度范围内，4种元素的峰面积与质量浓度呈良好线性关系。

2.4.2 精密度实验

取“1.1”项下制备的80.0 ng·mL^-1混合对照品溶液适量，按照“2.3”项下实验方法重复进样6次，根据测定结果分析计算相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）。Pb、Cd、As、Cr测定值的RSD分别为1.06%、1.41%、1.39%、2.16%，表明该方法的精密度满足测定要求（RSD<3%）。

2.4.3 重复性实验

称取同一批正天丸（批号2209017S）适量，按照“2.2”项下方法制备成正天丸供试品溶液6份，按照“2.3”项下实验方法进行测定。Pb、Cd、As、Cr测定值的RSD分别为1.19%、1.31%、1.53%、1.84%，表明该方法的重复性良好。

2.4.4 加标回收率实验

称取已知微量元素含量的样品（批号2202005S）6份，每份约1.0 g，按照“2.2”项下方法制备成正天丸供试品溶液6份，分别加入0.20 μg Pb，0.02 μg Cd，0.10 μg As，0.10 μg Cr。按照“2.3”项下实验方法进行测定，计算加样回收率及RSD。4种元素的平均回收率为98.62%~101.83%，RSD为0.69%~2.06%，表明该方法的准确性良好。见表2。

2.5 样品含量测定

取10批次样品各约2.0 g，精密称定，按照“2.2”项下方法制备供试品溶液，按照“2.3”项下的测定方法进行检测。见表3。

2.6 聚类分析

参考相关文献^［7］方法，采用SPSS 26.0软件对10批次样品中4种微量元素的含量进行聚类分析。见图1。其中3号Pb含量最高，Cd含量最低；1号、2号、5号、7号、8号、10号这6个样品中Pb含量较高，Cd含量相对较低；4号、6号、9号这3个样品中的Pb、Cd、As、Cr含量差异不大。可见不同批次样品之间4种微量元素的含量有差异。

2.7 相关性分析

采用SPSS 26.0软件对10批次样品中4种微量元素的含量进行相关性分析。结果见表4。由表4可见，样品中4种微量元素之间无显著相关性。

2.8 健康风险评估

2.8.1 靶标危害系数（target hazard quotient，THQ）法计算

采用美国环保局（US environmental protection agency，USEPA）提出的THQ法对不同批次正天丸中4种微量元素在人体食用摄入中的风险进行评估^［8］。\mathrm{T}\mathrm{H}\mathrm{Q}=\frac{\mathrm{C}\times \mathrm{E}\mathrm{F}\times \mathrm{E}\mathrm{D}\times \mathrm{I}\mathrm{R}\mathrm{D}}{\mathrm{B}\mathrm{W}\times \mathrm{A}\mathrm{T}\times \mathrm{R}\mathrm{F}\mathrm{D}\times \mathrm{1}\mathrm{000}}，式中C为药品中金属质量分数（mg·kg^-1），EF为每年用药时间（d），取值为30 d；ED为用药年数（年），取值为30 年；IRD 为每日摄入量（g），最大值为18 g，按说明书规定药品的用量为“每日2~3次，每次6 g”；BW为成年人平均体质量（kg），按60 kg计算；AT为平均接触非致癌毒物时间（d），按人类平均寿命（70岁）计算为 70×365 d；RFD 采用USEPA 提供每日参考数值：Cr、As、Cd、Pb分别为0.003 0、0.000 3、0.001 0、0.001 5 mg·kg^-1。若THQ<1，则代表人体摄入的金属元素量不会对健康产生明显影响^［9］。按每日最大用药量（18 g）占每日食物比例（按1 500 g计算），THQ应小于0.012，即可认为正天丸中所含金属元素不会对健康造成明显影响。见表5。10批样品中4种微量元素的THQ均小于0.012，总THQ均小于1。表明本实验所有采样批次正天丸中4种微量元素对用药人群的健康无明显影响。实验样品中Pb、As元素的THQ平均值为0.001 35、0.003 17，明显高于Cd、Cr元素的THQ平均值（0.000 18、0.000 21），提示正天丸样品中的Pb、As元素残留健康风险高于Cd、Cr元素。

2.8.2 最大限量理论值

参考周广涛等^［10］提出的方法及改良计算公式计算最大限量理论值L＝ADI×W/（M×10），其中L为重金属和有害元素最大限量理论值；ADI为每日可接受摄入量；M为该中成药的最大日摄入量，按说明书为18 g；W为人体质量，按60 kg计；10为安全因子，表示由该中成药中每日摄入的重金属及有害元素的量不大于日总暴露量（包括食物和饮用水）的10%。Pb、Cd、As的ADI结果参考文献^［10］分别为1.3、0.83、3.0 µg·kg^-1，Cr按营养学会推荐为4.17 µg·kg^-1。计算Pb、Cd、As、Cr最大理论限量值分别为0.43、0.28、1.00、1.39 mg·kg^-1。可见以上4种微量元素均不超标。

3 讨论

中药制剂中的微量元素源于中药材本身、辅料的加入或制造过程中的污染等^［11］。本实验结果表明，正天丸含有一定的微量元素，但其含量低于《中华人民共和国药典》（2020版）及《药用植物及制剂进出口绿色行业及标准》中规定的限值，质量符合要求。

根据测定结果，样品中Pb的含量相对较高，As、Cd和Cr的含量相对较低。微量元素含量有差别，可能与工艺稳定性有关^［12］，也可能与药品原材料产地不同有关^［13］。中成药药效温和，不良反应少^［14］，为保证其质量，应严格控制生产基地的土壤、水中微量元素的含量，保障中药材不受污染^［15］。在生产过程中不违规使用农药、化肥等，以达到药材“真实、优质、稳定、可控”的要求；其次中药制剂在储藏运输和制剂过程中也要防止微量元素的污染，对生产设备彻底清洗。中药材微量元素含量超标既影响中药材市场的发展，也限制中药的出口^［16-17］。实施中药材大数据平台，推动中药材产业向数字化、信息化方向发展，建立中药材质量全程追溯管理体系有助于提高中药材的质量。

所测样品中Pb的含量相对其他微量元素高，故以Pb计算正天丸的连续用药时间。世界卫生组织（World Health Organization，WHO）认为，血液中Pb的质量浓度达到50 µg·L^-1就有可能引起智商下降。60 kg成人体内血液总量平均约为4 500 mL，即当Pb总摄入量达到225 µg时就可能引起中毒。10批正天丸中Pb元素的平均含量为0.19 mg·kg^-1，最大日服用量为18 g，摄入Pb的量约为3.4 µg，因此，可计算出正天丸连续服用一般不宜超过66 d。

本研究为临床用药提供了一定的数据支持，但其样本量较少，故用药时间需结合临床的实际情况进行考虑。

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