17种中药材中重金属污染分析与健康风险评估

闫研,秦斌,梁雪,连少敏,王冰,王炳志,严义勇,殷果

(1.深圳市药品检验研究院,国家药品监督管理局中药质量研究与评价重点实验室,广东 深圳 518057;2.深圳市易瑞生物技术股份有限公司,广东 深圳 518101)

中药是我国珍贵的民族瑰宝,是中医药发展的物质基础,在我国具有悠久的使用历史。自古以来,中药是我国人民用于预防、治疗疾病的重要手段[1]。近年来,我国中药材的需求量呈逐年上升趋势,随着生活中使用中药的频率越来越高,中药中重金属的污染问题也成为重点关注对象之一[2]。由于某些药材本身可能对特定的金属元素产生富集作用,导致在药材本身的生产、加工、市售过程中可能受到重金属元素的污染[3]。人体长期接触重金属会导致身体、肌肉和神经系统的退化,进而引发急性或慢性中毒等系列反应[4-5]。因此,对中药材中残留的重金属加以控制和评估,对于提高中药材质量,保障人民饮食用药安全具有重要意义。

目前,重金属污染评估主要针对污染程度和健康风险两方面。污染程度评价的方法有不合格率[6]、单因子污染指数法Pi和内梅罗综合污染指数法P综合[7];健康风险评价的方法有每日最大可耐受摄入量(EDI)[8]、靶标危害系数法(THQ)和各元素的累计目标危害系数(TTHQ)[9]。每日最大可耐受摄入量是由于重金属暴露周期较长,在人体中积蓄,其膳食风险评估通常为长期慢性暴露评估,从而预估每日重金属的摄入量,控制重金属被人体吸收摄入的量[10]。靶标危害系数法、各元素的累计目标危害系数是基于国际通用的毒理学结果,从人体对重金属的耐受量出发,保守估计其对人体危害的计算方法,在重金属污染分析上都有应用[11-12]。

本研究以市售常见的17种中药材干姜、独活、柴胡、细辛、白附子、广藿香、川芎、天麻、板蓝根、菊花、沉香、阳春砂、栀子、芡实、白芷、金银花、苍术为对象,以铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu) 5 种重金属为检测指标,以《中国药典》2020年版中规定的中药材中重金属的限量值为依据[13],同时采用上述6种评价方法对样品中残留的重金属进行全面、系统、深入地污染程度评价和健康风险评估,以科学、准确、有效地掌握中药材的重金属摄入风险,为其质量控制和市场监管提供靶向性指引[14],为中药材中重金属污染分析的新技术新方法开发提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 数据来源本研究以近5年国家评价抽验、日常监督抽验实验数据为基础,针对不同来源的金银花、菊花、芡实等17种中药材,获取重金属检测相关数据;在国内三大数据库(中国知网、万方、维普)进行文献检索,获取近5年来17种药材的重金属检测相关数据。最终数据共涉及中药材929批次,生产企业221家,涵盖全国30个省、自治区、直辖市,以确保分析评价的系统全面和科学有效。

1.2 污染程度评价方法为准确客观地反映中药材中重金属的状况,计算超标率从而客观的分析样本中的重金属污染状况。公式如下:

(1)

式中,N为超标样品个数,M为单类中药材的样品总数单因子污染指数法是利用实测数据和标准对比分类,而内梅罗综合污染指数法是在单因子污染指数评价基础上兼顾极值环境质量分数[15],且污染程度分级如表1所示,计算公式如下:

表1 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数分级

单因子污染指数法计算公式:

(2)

式中,Pi为重金属元素i环境质量指数,Ci为重金属元素i的实测质量分数(mg·kg-1);Si为重金属元素i的评价标准(mg·kg-1)。

内梅罗综合污染指数法计算公式:

(3)

式中,Pmax为各单项污染指数最大值,Pave为所有单项污染指数平均值,P综合为内梅罗综合污染指数。Pi及P综合分级见表1。

1.3 健康风险评价方法采用EDI计算每日重金属摄入的最大量从而进行中药材中的重金属对人体的膳食风险评估,计算公式如下:

(4)

式中,C为药材中重金属质量分数(mg·kg-1),BM为人的平均体质量,此处采用国际通用标准体重为60 kg。IRD(daily ingestion rate)是每日摄入药材量,此处取最大摄入量。根据《中国药典》2020年版(一部)[13]规定,各药材每日摄入药材最大量为:金银花15 g、菊花10 g、芡实15 g、栀子10 g、干姜10 g、白芷10 g、天麻10 g、独活10 g、广藿香10 g、白附子6 g、川芎10 g、细辛3 g、板蓝根15 g、柴胡10 g、沉香5 g、阳春砂6 g、苍术9 g。

采用美国环保局2000年发布的THQ评估中药材中的重金属对人体的健康危害[16],按照公式(5)计算,由于重金属对人体健康的影响一般是多种元素共同作用所知,因此,有必要计算TTHQ,按照公式(6)计算。

(5)

TTHQ=∑THQ

(6)

式(5)中,EF为每年暴露于毒物天数(设定为30 d);ED为暴露于毒物的年数(30年);AT为平均接触非致癌毒物(此处为中药材)的时间,取人平均寿命70年×365;BW为人体平均体质量,此处采用国际通用标准为60 kg[17]。RFD为参考剂量,参考USEPA设置的日参考剂量为: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-1,参考欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)设置Pb日参考剂量为0.001 5 μg·g-1[18]。THQ为靶标危害系数,其中THQ≤1,表示健康风险可接受,THQ>1,表示存在潜在的健康风险。TTHQ为各元素的危害系数之和,TTHQ≤1,表示健康风险可接受,TTHQ>1,表示存在健康风险[19]。

2 结果与分析

2.1 污染程度评价

2.1.1 重金属残留量结果由表2显示,929批药材中Cu超标的样品为柴胡、阳春砂、菊花、川芎、广藿香,其超标率分别为25.81%、23.08%、14.85%、8.82%、1.56%,超标最大值为柴胡,高达64.69 mg·kg-1;Cd超标的样品为沉香、白附子、菊花、川芎、板蓝根、独活,其超标率为30.77%、27.50%、20.79%、17.65%、16.00%、3.28%,超标最大值为菊花,高达3.84 mg·kg-1;Pb超标的样品有沉香、金银花、白附子、白芷、柴胡、广藿香、独活,其超标率分别为11.54%、10.34%、6.25%、5.11%、3.23%、3.13%、1.64%,超标最大值为金银花,高达43.60 mg·kg-1;Hg超标的样品有干姜、独活、柴胡、天麻、芡实、白芷、栀子、白附子、苍术、细辛、广藿香、板蓝根、川芎、菊花,超标率分别为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%,且超标最大值为干姜,高达6.31 mg·kg-1;As超标的样品有细辛、板蓝根、栀子、川芎、芡实、白附子、金银花,超标率分别为37.50%、12.00%、6.98%、5.88%、4.55%、2.50%、1.15%,且超标最大值为栀子,高达7.68 mg·kg-1。重金属Hg超标最普遍,17种中药材中有14种均涉及Hg超标。

表2 各样品中重金属含量残留量及超标情况

17种药材中有13种药材还存在多种重金属同时超标现象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4种重金属超标,川芎存在Cu、Cd、Hg和As 4种重金属超标,独活存在Cd、Pb和Hg 3种重金属超标,柴胡和广藿香存在Cu、Pb和Hg 3种重金属超标,菊花存在Cu、Cd和Hg 3种重金属超标,板蓝根存在Cd、Hg和As 3种重金属超标,细辛、栀子和芡实存在Hg、As 2种重金属超标,沉香存在Cd、Pb 2种重金属超标,白芷存在Pb、Hg 2种重金属超标,金银花存在Pb、As 2种重金属超标。

综上,17种药材共计929批次,重金属超标药材共计279批次,占比30.03%,按总超标率大小排序为干姜>独活>柴胡>细辛>白附子>川芎>天麻>沉香>板蓝根>菊花>阳春砂>栀子>芡实>白芷>金银花>广藿香>苍术。

2.1.2 单因子污染指数、内梅罗综合指数根据表1和表3结果显示,干姜、独活的单项污染指数评价为重度污染级,柴胡的单项污染指数评价为轻度污染级,其他药材为优良和安全;按内梅罗综合污染指数大小排序:干姜>独活>柴胡>白附子>天麻=阳春砂>细辛>沉香>菊花>川芎>芡实>栀子>白芷=金银花>广藿香>板蓝根>苍术,干姜的综合污染指数评价达到了重度污染级,独活的综合污染指数评价达到了中度污染,柴胡的综合污染指数评价达到了轻度污染,其他药材均为安全级。干姜的单项和综合污染指数评价均达到了重度污染级是因为其69批次中Hg的超标50批次,其超标率高达72.46%;独活有33批次Hg超标导致其单项污染指数评价达到了重度污染级,综合污染指数评价达到了中度污染级,其超标率达到54.10%;柴胡超标污染最大值高达64.69 mg·kg-1,导致其单项和综合污染指数评价达到了轻度污染级。

表3 各样品的单因子污染指数、内梅罗综合污染指数评估

上述结果表明,超标率、单因子污染指数、内梅罗综合污染指数3种方法对17种药材中重金属残留量的污染评价结果基本一致。

2.2 健康风险评估EDI为每日最大可耐受摄入量,通过计算得到的EDI与每日暂定可耐受摄入量(provisional tolerable daily intake,PTDI)对比,即可得出服用17种中药材可能导致的健康风险水平。参照文献[20-21]设定Pb、Cd、As、Hg、Cu的PTDI分别为0.003 570、0.000 830、0.002 140、0.000 570、0.500 000 mg·kg-1·d-1,当EDI

表4 各样品EDI、THQ及TTHQ结果

THQ为药材中单个重金属元素的危害,TTHQ为各元素的危害系数之和。THQ、TTHQ<1,表示健康风险可接受,表4显示,该17种中药材的THQ和TTHQ均<1。因此,以THQ和TTHQ作为健康风险评价指标时,可认为这17种中药材被分别和同时服用后,其重金属残留量对人体无明显的健康风险危害。

上述结果表明,膳食风险评估、靶标危害系数法和各元素累计目标危害系数3种方法对17种药材中重金属残留量的健康风险评价结果基本一致。

3 讨论

研究发现,目前我国中药材普遍然存在不同程度的重金属超标现象,问题主要集中在三点:①单一重金属污染严重,如干姜和独活中Hg超标严重,其中干姜的单项和综合污染指数评价已达到重度污染程度;②单一药材的重金属最大值污染严重超标,如柴胡中Cu严重超标,且超标最大值为《中国药典》限量规定值的32.35倍;③单一药材存在多种重金属同时超标现象,如白附子存在Cd、Pb、Hg和As 4种重金属超标,尽管目前评估为无明显健康危害,但重金属累积风险加重,不加以重视和控制,势必会影响中药材质量,进而危害人体健康。

结合重金属元素的限度值分析,由于《中国药典》2020年版(四部)规定Cd的限量值由原来的《中国药典》2015年版[22]的0.3 mg·kg-1提高到了1.0 mg·kg-1,以白附子为例,Cd超标率由86.25%下降到41.25%,但Cd超标态势依然严峻,其超标问题仍然要加以重视。

我国中药材重金属元素污染现象普遍,形势严峻,中药材质量控制的道路上仍然任重而道远。为了保证我国中药材质量的不断提升,除了对药材种植源头进行严格控制外,还要注重药材在市场流通环节的有利监管。技术层面看,当前我国针对中药材质量筛查的技术尚不够全面、快速[23],因此,无论是从技术层面还是监管层面,都亟待一种对中药材进行快速筛查的手段,本研究结果可为中药材快速检验方法的开发提供理论依据和数据支持,为政府执法部门对中药材的监管提高了靶向性,对我国中药材质量提升具有重要意义。