11種中藥中微量元素的主成分分析

劉曉慧，劉小翠，吉守祥

（青海民族大學 化學化工學院，青海 西寧 810007）

11種中藥中微量元素的主成分分析

劉曉慧，劉小翠，吉守祥*

（青海民族大學 化學化工學院，青海 西寧 810007）

應(yīng)用化學計量學方法，計算了11種中草藥中微量元素之間的相關(guān)矩陣、載荷矩陣及各因子的綜合得分，其中各微量元素的因子得分和主成分分析可以用于這11種中藥藥材的綜合質(zhì)量評價，為中藥藥理研究提供了一定的理論依據(jù).

中草藥；微量元素；主成分分析

中藥是我國人民經(jīng)過長期實踐與總結(jié)得到的醫(yī)藥瑰寶，它是我國古代醫(yī)學的結(jié)晶.其中藏紅花具有強烈的活血化瘀和散郁開結(jié)的功效[1]，土鱉蟲具有溶解血栓、抗凝血、抗腫瘤、促進骨折愈合、調(diào)節(jié)血脂、抗突變、耐缺氧等[2].穿山甲為臨床常用中藥，具有通經(jīng)下乳，消腫排膿，搜風通絡(luò)之功[3].微量元素作為中藥的有效組分，是傳統(tǒng)中藥理論量化的物質(zhì)基礎(chǔ)，它與人類的健康息息相關(guān).微量元素攝入過量、缺乏或不平衡都會不同程度地引起人體生理的異?；蛞l(fā)身體機能的病變[4-5].研究表明，微量元素在抗病、防癌、延年益壽等方面起著非常重要的作用[6-8].論文對11種中藥中微量元素的含量進行主成分分析，得到了不同微量元素之間的相互關(guān)系，并對不同中草藥的質(zhì)量進行綜合評價.利用主成分分析法分析了微量元素與人類健康的關(guān)系，這為進一步研究中草藥的功效提供了理論依據(jù).

1 主成分分析原理

主成分分析法是采取一種數(shù)學降維的方法，找出幾個綜合變量來代替原來眾多的變量，使這些綜合變量能盡可能地代表原來變量信息的一種統(tǒng)計技術(shù).其中每個綜合變量都是原始變量的線性組合，且各綜合變量之間互不相關(guān)，這樣可以避免各化學信息的互相重疊，從而在一定程度上反映始變量的絕大部分信息.

2 中草藥中微量元素的主成分分析

2.1 原始數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)源自文獻，11種中草藥中微量元素的原始數(shù)據(jù)（其中藏紅花選自西藏，丹參選自山西，川芎選自山西，赤芍藥選自吉林）見表1.

2.2 數(shù)據(jù)處理

首先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，以消除原始數(shù)據(jù)之間量綱不同的影響.進而使標準化后的數(shù)據(jù)具有可比性，數(shù)據(jù)之間正交歸一，并遵循正態(tài)分布規(guī)律.

2.3 結(jié)果與分析

由表2主因子的特征值和方差貢獻率可知，前四個因子的方差累計貢獻率為92.18%，大于80%.也就是說，通過前四個因子可以解釋92.19%的原始信息，可以利用前四個因子進行主成分分析.運用SPSS13.0軟件計算了11種中藥中微量元素之間的相關(guān)關(guān)系矩陣、載荷矩陣（見表3）及各種中草藥中微量元素質(zhì)量的綜合得分（見表4）.載荷矩陣反映了各個原始變量與主成分的相關(guān)程度，也反映了變量的重要程度及作用；綜合得分反映了各中草藥的質(zhì)量優(yōu)劣，可以較為精確的評價各種中草藥的療效.

表111 種中草藥中6種微量元素的含量測定（單位：pp）Tab.1 The content of 6 trace elements in 11 kinds of Chinese herbal medicine

表2 特征值和方差貢獻率Tab.2 Characteristic value and the contribution rate of variance

表3 主成分載荷矩陣Tab.3Principal component load matrix

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

根據(jù)中草藥中微量元素之間的載荷矩陣可得出各個因子的得分，根據(jù)各因子的得分進行排名，找出影響各因子的主要元素.并以各因子的貢獻率作為權(quán)重進行線性加權(quán)求和，得出各種中草藥的綜合得分，從而對中草藥的質(zhì)量優(yōu)劣進行綜合評價.

各因子得分：

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

根據(jù)綜合得分可知，藏紅花、土鱉蟲、穿山甲質(zhì)量最優(yōu)，其次是血竭、沒藥、水蛭等，質(zhì)量最差的是桃仁、赤芍、藥乳香.因此，使用者在選擇補益中草藥時優(yōu)先選擇藏紅花、土鱉蟲、穿山甲，這樣可以提高治療的療效.

3 討論

1）根據(jù)載荷矩陣可知：第一主成分與鉻元素關(guān)系密切[9].藥理學和毒理學方面研究表明，微量元素的鉻是胰島素的一種“協(xié)同激素，作為胰島素增敏劑激活胰島素受體上酪氨酸激酶的活性，增強胰島素的功能.缺鉻可以使糖耐量異常、B細胞敏感性降低及胰島素受體減少而引起糖尿病.補充鉻營養(yǎng)劑不僅可以降低糖尿病病人的血糖、改善胰島素抵抗癥狀，而且可以降低血脂，并具有劑量依賴性.鉻營養(yǎng)劑在糖尿病控制和預(yù)防中具有一定的輔助療效，其安全性與鉻化合物的配體結(jié)構(gòu)有關(guān).

2）主成分和第四主成分主要與鋅元素有關(guān)，鋅作為生物體的必須微量元素，它幾乎參與了生長發(fā)育、皮膚及其衍生物生長、骨骼發(fā)育和繁殖機能新陳代謝等各個環(huán)節(jié)[10]，微量元素鋅可以維持細胞周期的正常運行，促進細胞增殖分化，參與核酸蛋白質(zhì)代謝等.機體含鋅量及其變化，機體對鋅的需要量、吸收、運輸、利用、貯存、排泄和丟失，鋅在動物體內(nèi)的分布與存在狀態(tài)，鋅的生理功能與營養(yǎng)作用，鋅代謝紊亂所引起的病變，鋅的臨床作用，鋅的缺乏和中毒，鋅的補充途徑等.鋅作為動物的一種必需微量元素，已在調(diào)控基因表達中起著重要作用.

3）主成分與微量元素錳相關(guān)程度較高，即第四個主成分主要反映了錳元素的特征.缺錳影響細胞膜的完整性和傳遞信息的核酸功能，所以會產(chǎn)生畸變的細胞染色體，造成先天性畸形及其它染色體病癥[11]；錳在體內(nèi)的含量是隨著年齡的增長而逐年下降的，老年組則更加明顯；因而適當?shù)难a充錳元素，對人類的健康長壽是非常有益的，人體缺乏錳元素易引起生長發(fā)育障礙及代謝性障礙等病癥；微量元素錳還具有趨脂作用，臨床上對治療高血壓、冠心病、高脂血癥具有活血化瘀的作用.

由以上分析得出，利用主成分分析法對11種中藥的微量元素的療效分析和質(zhì)量評價是比較科學的，采用綜合得分來選擇合適的中草藥對患者來說是科學合理的.

4 結(jié)語

運用主成分分析法對中草藥中的微量元素進行分析，一方面可以有效地為使用者評價中草藥的質(zhì)量優(yōu)劣提供理論依據(jù)；另一方面為研究中藥的藥理藥性提供了一定的理論基礎(chǔ).

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責任編輯：畢和平

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

青海省高校研究生創(chuàng)新研究項目（QHGJ02012001）

*通訊作者