动植物类药材燃烧产物的化学成分及药理作用

杜云月，木拉提·克扎衣别克，巴哈尔古丽·别克吐尔逊**

（1.伊犁师范大学，新疆 伊宁 835000；2.伊犁哈萨克自治州中医医院，新疆 伊宁 835000；3.伊犁哈萨克自治州哈萨克医药研究所，新疆 伊宁 835000）

随着中国的传统医药学受到越来越多的关注，对中药材的化学成分及药用价值的研究就显得尤为必要。中药材在应用或制成剂型之前必须经过特殊加工处理，才能有效发挥药物疗效及作用，从而满足临床治疗需求，其中有一部分药材必须经过燃烧后方可达到治疗疾病的目的，如艾叶烟熏后可杀灭或抑制致病细菌；牛粪经火烧成灰后，有清热解毒的功效。其中提到的烟熏、烧灰过程均属于一种热化学转化—燃烧过程，其产物烟气、灰烬均为动植物类药材经燃烧后所得到的物质。草木灰及烟气具有十分悠久的医学历史和丰富的医用价值，草木灰具有抗菌消炎、解毒、治疗血症等作用；烟气具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗氧化、清除自由基等多种药理作用。多年来，中药材燃烧产物的研究取得了一定的进展，但尚未对其进行系统分类和归纳总结，本文以中医典籍及国内外医药文献提到的燃烧产物草木灰、烟雾为研究对象，系统综述其化学成分及药理作用研究新进展，为推动药材燃烧产物的深入研究及开发利用奠定基础，也为其在临床中的推广应用提供更多的理论依据。

通过查阅大量国内外相关文献并结合生物质热化学转化方式，对动植物类药材燃烧产物的制备过程、特征、化学成分等进行系统分析，得到如下关系图（图1）。

图1 动植物类药材燃烧关系Fig. 1 Combustion relationship of animal and plant based medicinal materials

燃烧是一种化学反应，其中可燃物质与氧气发生反应，以热和光的形式释放固有生物能。燃烧分为两种：完全燃烧和不完全燃烧。其中完全燃烧指燃料中可燃物质和氧进行了充分的燃烧反应，燃烧产物中不存在可燃物质，燃烧剩余物为白灰。不完全燃烧指燃料中的可燃物质由于在燃烧中氧气供给不足，未能和氧进行完全反应，由于燃烧产物中存在可燃物质（黑炭），燃烧剩余物通常呈灰色或黑色。传统医学所用灰烬类药材通常讲的是动植物药材不完全燃烧产物。

灰烬是植物燃烧后留下的不燃部分，含有原始植物的大部分矿物元素［1］，植物不同，其灰烬含量各不相同，含有的主要元素为Si、Na、K、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、P、Cl和S等［2］，还含有碳酸盐、硫酸盐、氯化物、氧化物等化合物。烟雾是由木材和植物在传统火炉中由于燃烧温度低、氧气不足、混合不充分导致不完全燃烧而产生的［3］。烟雾是在不完全燃烧过程中形成的小型气体颗粒，主要由碳和少量有机化合物组成［4］。

1 草木灰

草木灰是植物燃烧后的灰烬，呈碱性，凡是植物所含的矿物质元素，草木灰中几乎都含有，其含量最多的是钾元素，90%以上是水溶性，多以碳酸盐形式存在；其次是磷，还含有钙、镁、硅、硫和铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量营养元素［5］。灰烬的组成取决于植物材料的来源、种类以及植物生长的土壤，所以植物不同，其灰分元素含量亦有差异。草木灰有强筋骨、利关节等功效，对大骨节病、克山病和蚀痈疽恶肉等病症有一定的治疗作用［6］，还具有一定的保健、延年益寿的功能。

1.1 化学成分

灰烬由无机物和有机物两部分组成。其中无机部分大致可分为碱和酸两类，由硅酸盐、氧化物、氯化物、磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐和无定形相组成，它们或是以原始状态存在于植物体中，或是植物体热转化而来，主要的碱性氧化物为K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等，其中K、Na 是最主要的两种碱金属元素［7］。草木灰中除了含有碳、氢、氧、氮、硫五大基本元素外，还含有诸多微量元素，主要含有K、Ca、Mg、Na、Si、P、S、Cl 等元素，还有少量的Al、Fe、B、Mn 和Cu 等；大多数有机成分是黑碳，也可能包含未燃烧的植物，这些物质没有发生热化学变化，但已经成为灰烬的一部分。在艾灰的甲醇提取物中发现数十种物质，其中包括芳烃、萜类、长链脂肪烃及其氧化物［8］。

地达尔等［9］对一种由植物灰烬中提取的碱性物质-萨哈尔进行分析，结果表明其含有K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu、Se和Al十种矿质元素，还含有碳酸盐、氢氧化物。应康等［10］采用电感耦合等离子体发射光谱仪和X-射线衍射仪对不同地区黄元柴灰的成分及含量进行分析，结果表明其主要含有的元素是K、Ca、Mg、P、Mn、Fe、Al，以及较少的污染物元素Pb、Cr、Cd，主要物相为Na2CO3、CaCO3、K2SO4；张志坚等［11］通过X-射线衍射仪对浮萍灰分进行物相分析，表明主要物相为KCl、K2SO4和CaCO3，此外还存在K2CaMg（SO4）3、K2Ca（CO3）2等。

1.2 药理作用

1.2.1 抗菌、消炎

唐代孙思邈《备急千金要方》［12］记载“膏成食恶肉”，即利用草木灰制膏，实际上利用的就是灰中的碳酸钾等成分的腐蚀作用；茄根烧灰，石榴皮等分为末，以沙糖水服之，可治疗痢疾，表明草木灰具有抗菌消炎作用［13］；王慧芳等［14］研究艾灰黄酮粗提液的抑菌活性，结果表明其对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌三种革兰氏菌株均有一定抑制活性；Mongadi 等［15］研究表明，以植物灰分的水提液为原料生产的黑皂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌均有良好的抑制作用，其中0.15 g/mL 浓度对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌最为敏感。

1.2.2 解毒

在处理紧急食物中毒时，植物有毒因子（酯键）能被草木灰中的碱氧化成醛或酮，从而失去毒性。如稻的秸秆“烧灰，取新汲水淋汁定清，冷服，解砒毒，皆验”；再如“荞味甘气寒，实肠益气。厉灰汁，能制半夏、麻苎毒”［16］。此外，现代研究表明草木灰水浸液对一氧化碳中毒患者的呕吐、腹泻、头疼等症状有所缓解［17］。

1.2.3 止血

古代治疗出血类疾病的方法有“凡血症，衄、崩、漏、痢：棕皮烧灰存性，少加枯矾末，酒调二钱半服，见效”［16］；此外，《本草经疏》［18］记载：“百草霜乃烟气结成，其味辛，气温无毒。辛主散，故能消化积滞及下食也。凡血见灰则止，此药性能止血，复能散瘀滯，故主上下诸血及崩中带下，胎前产后诸病”；《太平圣惠方》记载：“治鼻血不止，艾灰吹之”。现代实验表明艾叶的不同组分和炮制后的产物均有抗凝血作用，其强弱顺序为鞣酸>艾焦油>5-叔丁基连苯三酚>艾炭>艾灰>艾叶挥发油［19］。

1.2.4 抗氧化

洪宗国［20］在艾灰的甲醇提取物中获得4 种不同组分，分别研究其对甲基丙烯酸甲酯自由基聚合反应速率的影响，结果表明4 种组分均具有显著的抗自由基能力；日本学者研究发现艾灰的甲醇提取物有清除自由基能力，且优于未燃烧的作用力［21］；另外，也有研究表明艾燃烧生成物的甲醇提取物抗氧化作用比人工合成的抗氧化剂2，6一二叔丁基对甲酚（BHT）的抗氧化作用更强［22］。

1.2.5 补充人体微量元素

研究表明，微量元素与人体健康密切相关，失调可能会引起疾病，如癌症、心血管病、地方病等［23］。草木灰含有丰富的氮、磷、钾、钙、镁等矿物元素，可以给人体补充一定量的微量元素。清代张宗法《三农纪》［16］记载：“效方：手足筋缩伸者，萦草，烧灰存性，酒服”。钙是草木灰中微量元素之一，钙盐可溶于水，酒中溶草木灰水可治疗“手足筋缩”［13］。

1.2.6 其他

灰水属碱性，可以使中药有机酸、酚类等多成分溶出以增加中药活性成分；草木灰性燥热，可用之舒筋化瘀，治疗跌打损伤；草木灰和己尿调敷治疗外痔［24］；草木灰浸出液对大骨节病、潜在型克山病具有一定的治疗作用；此外，百草霜常用于治疗急性扁桃体炎、咽喉肿痛、咳嗽气喘、肠炎泄泻等［25］；由哈萨克药萨哈尔（植物灰烬提取物）制备的黑皂具有滋润肌肤、营养头发、去头屑、消炎、杀菌、消毒、消肿、止痛等作用，可以治疗多种皮肤病，如牛皮癣、皮肤瘙痒、湿疹、鸡眼、丘疹、疖肿等，还能防治头痛、风湿痛、风痹致耳疾、痔疮等多种疾患，萨哈尔可单独或与其他药物配伍用于治疗烫烧伤、颈肩腰腿痛、丹毒、便秘等［9］；蒙成药壮西小灰剂适用于寒性诸症、不消化病、胃火衰败、痞瘤、浮肿、脓疡，可用来治疗胃痼疾、纳里病，且疗效显著［26］。

2 烟雾

药用烟雾是木材和草药等有机物质不完全燃烧的气态产物，主要由未燃烧的碳悬浮颗粒组成，形成烟灰［27］。烟熏疗法是用中药原药或将各类中草药研成粗末，用草纸卷成粗卷（药饼、药丸），缓慢进行不完全燃烧，利用其产生的烟雾熏蒸患处，借热力和药力的作用来治疗疾病的外治法［28］。其特殊作用不仅在于热，更在于其特有的芳香气味［29］。芳香气味的药物具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、镇痛消炎、驱虫杀虫、促进睡眠、提神醒脑、提高记忆力、镇静、调节情绪、抗焦虑及提高机体免疫力等诸多作用。

古往今来，人类一直使用药用植物的烟雾来治疗疾病，常用于空气消毒、皮肤病（慢性湿疹、足癣、创口感染等）、神经系统疾病、胃肠疾病、生殖泌尿疾病、骨科、眼科的治疗，还可用于调节情绪、抗焦虑、缓解疼痛、缓解感冒和咳嗽及治疗鼻炎、耳部真菌感染、耳鸣耳聋、子宫脱垂、外阴瘙痒、呃逆、局部硬结及口腔问题［30，31］。

2.1 化学成分

烟雾是不完全燃烧过程中产生的一种重要的物质，其化学成分复杂，主要由脂肪烃、芳香烃、酚类、萜类及其氧化物组成，此外还含有醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、腈类、杂环化合物等化学成分［31-33］。

2.1.1 脂肪烃及芳香烃

Faridi 等［34］研究表明骆驼蓬燃烧后产生的新物质有2-辛烯、苯乙烯、壬烷、丙苯、甲苯、1-甲基-4-异丙基苯、丁基苯；Mohagheghzadeh 等［35］研究表明笃耨香燃烧产生的新物质有对薄荷-1，3，8-三烯；周次利等［36］通过气相色谱— 质谱联用仪（Gaschromatography-mass spectrometry， GC-MS）对三年陈蕲艾艾烟分析，共鉴定出126种物质，脂肪烃类物质有56 种，含量可达到43.09%；洪宗国等［37］采用苯-甲醇混合溶剂和正丁醇分别对艾烟进行吸收，艾烟共有成分为乙苯、对二甲苯、1-癸烯、1-十一烯、（4-甲基-1-甲基乙烯基）苯、1，2，3-三甲基苯、萘。艾叶燃烧前后共有的脂肪烃及芳香烃类化合物主要包括十六烷、十七烷、十八烷、乙烷基-环十二烷、十九烷、二十烷、1，4，6-三甲基萘、2-甲基萘、甲苯；燃烧过程中产生新的化合物为邻二甲苯、1-辛烯、苯乙烯、1，4-二甲基萘［33，38，39］。许小宇等［40］研究表明不同加工工艺的艾条烟雾共有成分主要有：甲苯、乙苯、十三烷、联苯、1-十三烯、十四烷、十五烷、1，4，6-三甲基萘、2，3，6-三甲基萘、1-十六烯、十六烷、十七烯、十七烷，见表1。

表1 烟雾中脂肪烃及芳香烃类化合物Tab. 1 Fatty hydrocarbon and Aromatic hydrocarbon compounds in smoke

2.1.2 萜类及其氧化物

许小宇等［40］研究表明艾烟的主要药效成分为（+）-柠檬烯、桉叶油醇、樟脑、石竹素，其中（+）-柠檬烯含量最高；刘美凤等［41］采用GC-MS分析艾烟的化学成分，表明是1，8-桉油精的含量最高，可达到22.18%，1，8-桉油精和β-石竹烯是艾叶熏蒸和燃烧消毒驱虫的有效成分，1，8-桉油精、龙脑、侧柏酮、β-石竹烯等可能是艾灸时进入人体内发挥药效作用的活性成分。α-蒎烯、柠檬烯、1，8-桉油精及β-石竹烯具有抗菌、抗病毒和杀虫作用；龙脑可抑制动脉血栓的形成，发挥神经保护的作用；侧柏酮具有抗焦虑和安定的效果［41］；桉叶油醇、樟脑、桧脑、石竹烯、石竹素、菊奥茧具有抗菌、抗病毒、平喘、镇痛、抗炎、解热等生理学作用；（+）-柠檬烯具有抑菌、镇咳、祛痰作用［36，40］；4-萜品醇具有显著的平喘作用［42］。Faridi 等［34］研究表明骆驼蓬的烟雾和挥发油共有萜类成分为α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、柠檬烯、对伞花烃，其中α-蒎烯的含量达到60.4%；Mohagheghzadeh 等［35］研究表明笃耨香的烟雾和挥发油共有萜类成分有α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、对伞花烃、柠檬烯、马鞭草烯酮，燃烧后特有的成分为α-侧柏烯、β-水芹烯、γ-松油烯、别罗勒烯；艾叶燃烧前后共有的萜类成分包括1，8-桉树脑、龙脑、松油醇、香芹醇、β-石竹烯、石竹烯、大根香叶烯、反-香芹醇、石竹素、斯巴醇、叶绿醇、（+）-柠檬烯、樟脑、α-松油烯、4-萜品淳、侧柏酮等，燃烧产生的新化合物为绿花白千层醇、香芹烯、樟脑及邻伞花烃等［32，33，38，41，43，44］，见表2。

表2 烟雾中萜类及其氧化物Tab. 2 Terpenoids and their oxides in smoke

2.1.3 酚类

艾叶在燃烧过程中产生新的酚类成分为苯酚、2，4-二甲基苯酚、对甲酚、4-甲氧基苯酚［33，38，41］；不同加工工艺艾条的烟雾共有的酚类成分有苯酚、邻甲酚、间甲酚、愈创木酚、对甲酚、2，5-二甲基苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、丁香酚，其中丁香酚具有降血压、抗菌、抗氧化、镇痛麻醉、促进透皮吸收等多种作用，是艾烟的主要药效成分之一，苯酚可用于治疗皮肤癣、湿疹及止痒，同时具有一定的美白作用［40］；刘振学等［45］研究药艾条和清艾条共有的主要酚类成分为苯酚、对甲氧基苯酚、麦芽酚、2，5-二甲基苯酚、邻苯二酚、3-甲基-4-异丙基苯酚、3，4-二甲氧基苯酚、丁香酚、2-甲氧基-4-丙烯基苯酚，见表3。

表3 烟雾中酚类化合物Tab. 3 Phenolic compounds in smoke

2.1.4 其他化合物

艾叶烟雾及挥发油共有的成分还有十六酸、糠醛、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、2，2′-二噻吩、3，3，6，8-四甲基-1-四氢萘酮、6-芹子烯-4-醇、十六酸甲酯；燃烧时产生的新物质主要有苯甲醛、3-乙烯基吡啶、苯甲醇、1-苯乙酮、苯乙腈、2-乙酰基呋喃、糠醇［33，43］；刘振学及王星等人的研究表明，药艾条和清艾条的烟雾都含有六次甲基四胺、吲哚、3-甲基吲哚、3，4-二甲氧基苯乙酮、蓝桉醇、3，7-二甲基-6-辛烯醇丁酸酯、2-异丙基-5-甲基环己醇、吡咯［39，45］；此外，不同加工工艺的艾条的烟雾都含有2-乙酰基呋喃、苯甲腈、肉桂腈、吲哚、甲基环戊烯醇酮、2，3-二甲基-2-环戊烯酮、1-茚酮，其中肉桂腈、吲哚为主要药效成分［40］，见表4。

表4 烟雾中其他类化合物Tab. 4 Other compounds in smoke

2.2 药理作用

2.2.1 抗菌、抗病毒

烟熏法是中医传统防疫手段，《肘后备急方》［46］记载：“断瘟病令不相染，密以艾灸病人床四角，各一壮，佳也”；《本草纲目》［47］记载：“凡疫气流传，可于房内用苍术、艾叶、白芷、丁香、硫磺等药焚烧以进行空气消毒辟秽”，表明烟熏可以预防瘟疫传染的效果。现代研究表明中药烟熏具有广谱的抗菌、消毒和预防疾病及瘟疫的作用，对金黄色葡萄球菌、链球菌、结核杆菌、大肠杆菌和绿脓杆菌等多种常见细菌具有抑制或杀灭作用［48］，同时在不同程度上，还对多种皮肤真菌有抑制作用［49］；Filban 等［50］研究表明，骆驼蓬种子的烟雾可杀死传染病原体，广泛用于杀死细菌和真菌，尤其对革兰氏阳性杆菌杀灭效果最好；点燃菊叶香藜产生的烟雾对大肠杆菌有很强的抑制作用，烟熏6 分钟时，抑菌率达到100%［51］；艾烟对流感病毒、副流感病毒、鼻病毒、腮腺病毒等病毒均有一定的抑制和灭杀作用，同时还能直接影响病毒核酸及核苷酸的组成［52］，此外艾烟不仅可以灭杀病菌，还能切断传播途径，在口鼻中形成微膜屏障，以防止流感病毒的入侵。

2.2.2 抗自由基、抗氧化、抗衰老

艾烟可以提高机体抗氧化能力、提高机体抗氧化酶活性、增强自由基的清除能力、提高学习记忆能力、提高中枢神经兴奋性、增强运动能力，有效对抗机体衰老［53］。许焕芳［54］等研究表明熏蒸一定时间并达到一定浓度的艾烟可提高机体抗氧化能力，减少自由基代谢产物，从而达到抗衰老作用；刘钧天［55］等以APP/PS-1双转基因AD 小鼠为实验研究对象，观察艾灸中不同因素对其大脑皮质中氧化应激各项指标的影响，表明艾烟可以改善脑内氧化应激状态，起到延缓脑组织衰老的作用。

2.2.3 抗炎、免疫调节

艾烟具有明显的抑制炎性反应的作用，有研究表明艾烟对ApoE-/-小鼠的细胞间黏附因子、血管细胞黏附分子、单核细胞趋化因子、血清肿瘤坏死因子α、超敏C 反应蛋白和血管性血友病因子具有显著的积极作用，并抑制炎症反应［56］。提高机体免疫力对预防传染病具有重要意义，研究表明，艾灸可调节白细胞介素、肿瘤坏死因子、干扰素、免疫球蛋白等免疫因子浓度，提高红细胞聚集程度，从不同方面影响机体免疫系统［57］。

2.2.4 调节脂质代谢

研究表明，艾烟可以降低血脂，调节脂质代谢，减少早期脂质积累，从而抑制ApoE-/-小鼠动脉粥硬化的进展［58］。动物实验表明，艾烟可明显使ApoE-/-小鼠血清中总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白含量降低，高密度脂蛋白含量升高，长期艾灸治疗可调节动脉粥样硬化小鼠的斑块和脂质，还能在一定程度上增加动脉粥样硬化斑块的稳定性，降低急性心血管疾病发生的风险［59］；杨佳等［60］研究艾烟对血脂代谢和微循环的影响，表明艾烟可有效降低血小板聚集程度，改善微循环，从而促进机体代谢，认为可以预防动脉粥样硬化。

2.2.5 平喘、镇咳、抗过敏

研究表明艾含有多种挥发油，具有抗病原微生物、镇咳、祛痰、平喘、镇静、抗过敏等作用［61］，艾烟可松弛支气管平滑肌，具有一定的镇咳作用［62］。古代文献《外台秘要》有专篇论述“熏咳法六首”；唐代《备急千金要方》记载：“以熟艾薄薄布纸上，广四寸，后以硫黄末薄布艾上，务令调匀，以荻一枚，如纸长卷之，作十枚”，表明艾烟可用于治疗咳嗽和喘证［63］。

2.2.6 抗肿瘤

Sakagamide 等［64］研究表明艾烟具有抗肿瘤潜力；黄玉海等［65］采用体外实验发现，艾烟可吸入颗粒物（PM10）干预人肺腺癌A549 细胞4 h 后，随着烟雾浓度的增加，凋亡细胞逐渐增多，表明艾烟中PM10 具有诱导人肺腺癌A549 细胞凋亡的作用，可能与细胞内Ca2+含量升高及抑制内核因子-κB p65表达，进而激活线粒体凋亡途径有关；Sarath 等［66］研究发现，艾烟能通过线粒体途径诱导乳腺癌MCF-7细胞凋亡。

3 总结与展望

草木灰具有十分悠久的医学历史，在古代有着重要的作用。草木灰主要由无机物和黑炭组成，具有止血、抗菌消炎、解毒、补充人体微量元素等药理作用，可舒筋化瘀，治疗跌打损伤、地方性甲状腺肿、寒喘、急性扁桃体炎、外痔、大骨节病、克山病等，有着丰富的医用价值，具有较大的开发潜力。现代对其在医学领域中的研究很少，其化学成分、药理作用研究仍处于探索阶段，草木灰中含有哪些物质成分，是否对人体健康产生影响，如何建立草木灰的质量标准，这些是亟需解决的问题。烟熏作为一种古老的中医外治法传承至今，烟雾中化学成分种类繁多且复杂，主要为脂肪烃类、芳香烃类、萜类、酚类、醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、腈类、杂环化合物及其他类化合物，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、免疫调节、调节血脂、抗肿瘤等多种药理作用，其作用机制主要集中在温热效应和光辐射效应。在燃烧中产生的烟雾，既含有对人体有益的物质，也含有长期接触对人体产生危害的成分，因此人们在享受药用烟雾治疗疾病的同时，也应该关注其燃烧烟气中的化学成分是否安全，在定性的基础上，对检出的化学成分进行定量分析，不断深入、系统的进行安全性研究，确保在安全浓度范围内进行烟熏疗法，提高其疗效，这也为艾烟成分后期研究提供方向。综上所述，研究动植物类药材燃烧产物的化学成分及药理作用，深入发掘中国传统医药学宝藏，对燃烧产物的资源利用、质量控制、我国传统中药的深层次开发以及社会健康具有重要意义。