刘晓慧，刘小翠，吉守祥

（青海民族大学 化学化工学院，青海 西宁 810007）

11种中药中微量元素的主成分分析

刘晓慧，刘小翠，吉守祥*

（青海民族大学 化学化工学院，青海 西宁 810007）

应用化学计量学方法，计算了11种中草药中微量元素之间的相关矩阵、载荷矩阵及各因子的综合得分，其中各微量元素的因子得分和主成分分析可以用于这11种中药药材的综合质量评价，为中药药理研究提供了一定的理论依据.

中草药；微量元素；主成分分析

中药是我国人民经过长期实践与总结得到的医药瑰宝，它是我国古代医学的结晶.其中藏红花具有强烈的活血化瘀和散郁开结的功效[1]，土鳖虫具有溶解血栓、抗凝血、抗肿瘤、促进骨折愈合、调节血脂、抗突变、耐缺氧等[2].穿山甲为临床常用中药，具有通经下乳，消肿排脓，搜风通络之功[3].微量元素作为中药的有效组分，是传统中药理论量化的物质基础，它与人类的健康息息相关.微量元素摄入过量、缺乏或不平衡都会不同程度地引起人体生理的异常或引发身体机能的病变[4-5].研究表明，微量元素在抗病、防癌、延年益寿等方面起着非常重要的作用[6-8].论文对11种中药中微量元素的含量进行主成分分析，得到了不同微量元素之间的相互关系，并对不同中草药的质量进行综合评价.利用主成分分析法分析了微量元素与人类健康的关系，这为进一步研究中草药的功效提供了理论依据.

1 主成分分析原理

主成分分析法是采取一种数学降维的方法，找出几个综合变量来代替原来众多的变量，使这些综合变量能尽可能地代表原来变量信息的一种统计技术.其中每个综合变量都是原始变量的线性组合，且各综合变量之间互不相关，这样可以避免各化学信息的互相重叠，从而在一定程度上反映始变量的绝大部分信息.

2 中草药中微量元素的主成分分析

2.1 原始数据

数据源自文献，11种中草药中微量元素的原始数据（其中藏红花选自西藏，丹参选自山西，川芎选自山西，赤芍药选自吉林）见表1.

2.2 数据处理

首先对原始数据进行标准化处理，以消除原始数据之间量纲不同的影响.进而使标准化后的数据具有可比性，数据之间正交归一，并遵循正态分布规律.

2.3 结果与分析

由表2主因子的特征值和方差贡献率可知，前四个因子的方差累计贡献率为92.18%，大于80%.也就是说，通过前四个因子可以解释92.19%的原始信息，可以利用前四个因子进行主成分分析.运用SPSS13.0软件计算了11种中药中微量元素之间的相关关系矩阵、载荷矩阵（见表3）及各种中草药中微量元素质量的综合得分（见表4）.载荷矩阵反映了各个原始变量与主成分的相关程度，也反映了变量的重要程度及作用；综合得分反映了各中草药的质量优劣，可以较为精确的评价各种中草药的疗效.

表111 种中草药中6种微量元素的含量测定（单位：pp）Tab.1 The content of 6 trace elements in 11 kinds of Chinese herbal medicine

表2 特征值和方差贡献率Tab.2 Characteristic value and the contribution rate of variance

表3 主成分载荷矩阵Tab.3Principal component load matrix

表4 主成分得分及排名Tab.4Principal component scores and ranking

根据中草药中微量元素之间的载荷矩阵可得出各个因子的得分，根据各因子的得分进行排名，找出影响各因子的主要元素.并以各因子的贡献率作为权重进行线性加权求和，得出各种中草药的综合得分，从而对中草药的质量优劣进行综合评价.

各因子得分：

综合得分：F=2.447F1+1.364F2+1.036F3+0.684F4.

根据综合得分可知，藏红花、土鳖虫、穿山甲质量最优，其次是血竭、没药、水蛭等，质量最差的是桃仁、赤芍、药乳香.因此，使用者在选择补益中草药时优先选择藏红花、土鳖虫、穿山甲，这样可以提高治疗的疗效.

3 讨论

1）根据载荷矩阵可知：第一主成分与铬元素关系密切[9].药理学和毒理学方面研究表明，微量元素的铬是胰岛素的一种“协同激素，作为胰岛素增敏剂激活胰岛素受体上酪氨酸激酶的活性，增强胰岛素的功能.缺铬可以使糖耐量异常、B细胞敏感性降低及胰岛素受体减少而引起糖尿病.补充铬营养剂不仅可以降低糖尿病病人的血糖、改善胰岛素抵抗症状，而且可以降低血脂，并具有剂量依赖性.铬营养剂在糖尿病控制和预防中具有一定的辅助疗效，其安全性与铬化合物的配体结构有关.

2）主成分和第四主成分主要与锌元素有关，锌作为生物体的必须微量元素，它几乎参与了生长发育、皮肤及其衍生物生长、骨骼发育和繁殖机能新陈代谢等各个环节[10]，微量元素锌可以维持细胞周期的正常运行，促进细胞增殖分化，参与核酸蛋白质代谢等.机体含锌量及其变化，机体对锌的需要量、吸收、运输、利用、贮存、排泄和丢失，锌在动物体内的分布与存在状态，锌的生理功能与营养作用，锌代谢紊乱所引起的病变，锌的临床作用，锌的缺乏和中毒，锌的补充途径等.锌作为动物的一种必需微量元素，已在调控基因表达中起着重要作用.

3）主成分与微量元素锰相关程度较高，即第四个主成分主要反映了锰元素的特征.缺锰影响细胞膜的完整性和传递信息的核酸功能，所以会产生畸变的细胞染色体，造成先天性畸形及其它染色体病症[11]；锰在体内的含量是随着年龄的增长而逐年下降的，老年组则更加明显；因而适当的补充锰元素，对人类的健康长寿是非常有益的，人体缺乏锰元素易引起生长发育障碍及代谢性障碍等病症；微量元素锰还具有趋脂作用，临床上对治疗高血压、冠心病、高脂血症具有活血化瘀的作用.

由以上分析得出，利用主成分分析法对11种中药的微量元素的疗效分析和质量评价是比较科学的，采用综合得分来选择合适的中草药对患者来说是科学合理的.

4 结语

运用主成分分析法对中草药中的微量元素进行分析，一方面可以有效地为使用者评价中草药的质量优劣提供理论依据；另一方面为研究中药的药理药性提供了一定的理论基础.

[1]邓颖,郭志刚,曾兆麟,等.藏红花的药理研究进展[J].中国中药杂志,2002,27（8）:565-568.

[2]王凤霞,吉爱国.药用土鳖虫化学成分及药理作用研究进展[J].中国生化药物杂志,2009,30（1）:61-64.

[3]吴珊,农彩丽,等.穿山甲水提物镇痛作用的实验研究[J].广西医学,2012,34(1):7-9.

[4]秦俊法,陈磐华.中国的中药微量元素研究[J].广东微量元素,2010,17(11):1-18.

[5]周长会,侯庆高,田金灵,等.抗肝癌中草药中微量元素的主成分分析[J].广西师范学院学报:自然科学版,2013,30（1）: 49-52.

[6]孙立卿,周长会,吴启勋,等.11种中草药中微量元素的主成分分析研究[J].洛阳师范学院学报,2014,33（2）:48-50.

[7]刘云华,殷彩霞,彭莉,等.五种抗HIV活性菊科中草药微量元素主成分分析[J].化学与生物工程,2013,30（7）:92-94.

[8]尹鲁生,戴乐岁.十五种活血化癖中草药中微量元素的测定[J].中成药研究,1988,4:28-29.

[9]施秀芳.微量元素铬的营养生物化学研究进展[J].中国药学杂志,2006,41（3）:167-237.

[10]李聚才,张春珍,庞琪艳.动物微量元素锌营养研究进展[J].宁夏农林科技,2007,6:30-32.

[11]张翔舟,张薇,马玉林.微量元素锰对机体的影响[J].广东微量元素科学,1995,2(9):60-62.

责任编辑：毕和平

The Principal Component Analysis on the Trace Elements in Eleven Chinese Herbal Medicines

LIU Xiaohui，LIU Xiaocui，JI Shouxiang＊
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Qinghai University for Nationalities，Xining810007，China）

Chemometrics method is used to calculate t the correlation matrix,load matrix and comprehensive score of the 11 kinds of trace elements in Chinese herbal medicine.Each factor of principal component analysis and factor score of each trace element can be used for the comprehensive quality evaluation,11 kinds of Chinese medicine herbs of which provides a theoretical basis for the study of Chinese herbal medicine’s pharmacological and efficacy.

Chinese herbal medicine；Trace element；Principal component analysis

R 917

：A

：1674-4942（2015）01-0049-03

2014-08-11

青海省高校研究生创新研究项目（QHGJ02012001）

*通讯作者