孫 燕 鄭豐杰 高譽珊 趙朋娜 王町囡 李宇航
(北京中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,北京,100029)
基于中藥四性理論的“量化組方”研究
孫 燕 鄭豐杰 高譽珊 趙朋娜 王町囡 李宇航
(北京中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,北京,100029)
基于《傷寒論》六經陰陽及中藥“四性”理論的“量化組方”研究是作者研究團隊的三個研究方向之一,圍繞這一主題主要開展了基于生物代謝熱成像(TMI)技術、微量量熱法、數(shù)學建模技術的中藥寒熱屬性的定量分級及經方“量化組方”可視化分析研究,通過多種技術方法建立寒熱藥性的客觀評價和量化方法,最終實現(xiàn)方劑寒熱屬性的量化組方。
中藥四性;紅外熱代謝成像(TMI);微量量熱技術;量化;可視化
四性,又稱四氣,即中藥的寒、涼、溫、熱四種藥性。中藥的寒、涼、溫、熱是從藥物作用于機體所發(fā)生的反應概括出來的。中藥四性是中醫(yī)臨床辨證論治過程中賴以處方遣藥的依據(jù)。厘定中藥寒熱屬性,建立其等級量化標準,不但影響到中醫(yī)辨證論治、遣方用藥、制定治則治法的精細與精準程度,也直接關系著取得療效的理想程度。不諳藥性,尤其是當今藥物的藥性,只知曉運用成方治療疾病,不但難以滿足臨床實踐需要,也在一定程度上阻礙了臨床遣藥組方的針對性及中藥研發(fā)的發(fā)展進程[1]。因此,借現(xiàn)代科學技術手段,闡釋中藥寒熱屬性的內涵并客觀評價寒熱等級差別,是中藥藥性理論研究中研究的重點和難點,也是中醫(yī)臨床迫切需要解決的熱點問題之一。
所謂基于中藥四性理論的“量化組方”,就是在中藥四性認識的基礎上,對中藥寒熱等級做進一步量化研究,從而得出中藥的“寒熱度”。進而,在明確方劑藥量及配伍比例的基礎上,實現(xiàn)對中醫(yī)方劑的寒熱定性與定量分析。以便根據(jù)“寒者熱之、熱者寒之”原則,對不同等級的寒熱證候,加以干預。
為此,本團隊做了以下研究工作:采用歷史考證、實地考察、實物質量測定等方法開展經方古今藥物劑量折算標準研究;利用生物代謝熱成像(TMI)技術、微量量熱法、數(shù)學建模技術,評價中藥的寒熱等級;同時,還開展了基于“量化組方”的方劑寒熱屬性可視化研究。
藥性理論是中藥理論的核心,主要包括四氣、五味、歸經、升降沉浮、毒性等。本文主要研究中藥“四氣”,“四氣”即指中藥有寒、熱、溫、涼四種不同的性質,不但包含了藥物自身所具備的自然屬性特征,更強調了其對機體陰陽盛衰、寒熱變化的作用傾向。對于“四氣”的含義和本源的研究,我們從文獻角度包括出土的文物文獻資料對中藥“四氣”理論的源流進行梳理,尤其是著重對“四氣”之源的考證分析。
經研究后發(fā)現(xiàn),簡單認為中藥“四氣”理論來源于《神農本草經》的理由不夠充分。經考證后認為“四氣”藥性理論大約形成于西漢至東漢初年,成熟于南北朝時期,又經后世不斷充實發(fā)展。其形成因素受當時董仲舒“天人合一”的影響,在當時農業(yè)文明與氣象學聯(lián)系密切的基礎上,將“四氣”之寒、熱、溫、涼取象比類與四時之氣的春溫、夏熱、秋涼、冬寒。中藥“四氣”理論的形成是農業(yè)文明與醫(yī)療實踐與哲學思辨的產物,其基本含義就是藥物作用于生物體后所反應的效應的反面,其基本要件是要與生物體相互作用后才有藥性的體現(xiàn),這是我們現(xiàn)代研究“四氣”藥性的關鍵所在。根據(jù)其指導臨床“療寒以熱藥,療熱以寒藥;熱者寒之,寒者熱之”的用藥思想,從而將寒熱藥性的確立視為作用于機體后的一種反應,也即是一種生物熱效應,這符合中藥“四氣”理論的本來含義[2]。
在20世紀70至90年代,我國和日本學者就從不同角度對中藥藥性尤其是中藥的寒熱屬性進行了探索性研究,采用藥理學方法對不同藥性中藥在交感神經-腎上腺髓皮系統(tǒng)、中樞神經遞質、基礎能量代謝等方面的影響進行研究,結合熱證、寒證的臨床表現(xiàn)以及生理、病理、生化和能量代謝的變化,探求可以表征中藥寒熱屬性的評價方法和指標。研究發(fā)現(xiàn),溫熱藥對交感神經、腎上腺髓質、皮質功能、基礎體溫等有一定增強作用,可提高實驗動物腦、肝、腎組織的耗氧量,促進糖原分解,升高基礎體溫;寒涼藥則與之相反;寒性藥與熱性藥在某種程度上存在相互拮抗的作用趨勢[3-4]。祁俊生[5]等從微量元素與四性相關性角度探討中藥四性可能的物質基礎。近年來,許多學者多通過測定中藥蛋白含量、總糖含量等初生物質的含量,探討其與中藥寒熱屬性的關系[6-8]。肖小河[9]等提出了“中醫(yī)藥熱力學觀”,采用冷熱板差示法及微量熱儀檢測等方法,建立了基于生物熱力學表達的中藥寒熱藥性評價方法。王振國[10]等從藥性-物質、物質-藥效、藥效-藥性的相關性開展研究,建立了“中藥四性經驗要素表征體系”和中藥核磁共振氫譜和碳譜的寒熱藥性判別函數(shù)方程,初步從理論上探索創(chuàng)建了傳統(tǒng)中藥寒熱藥性的現(xiàn)代判別方法。喬延江[11]等建立了中藥藥性數(shù)據(jù)庫,運用貝葉斯網絡學習算法構建了四性的分類模型,對中藥藥性理論知識和規(guī)律進行了較系統(tǒng)而深入的數(shù)據(jù)挖掘和整理。
分析以上,不難發(fā)現(xiàn),目前對中藥四性的研究,主要致力于尋找其物質基礎,繼而開展量化研究。通過研究也確實發(fā)現(xiàn)物質成分或活性物質等與中藥四氣相關。這些新思路、新方法為中醫(yī)藥現(xiàn)代化提供了新的技術支撐,使得定性定量研究中藥寒熱屬性的客觀性成為可能,可望建立一套可為各家公認的客觀的實驗方法和評價標準。這類方法的優(yōu)點在于客觀實在性與可測量性,缺點是還難以找到一種可以代表四氣實質的客觀物質,只能說明某些物質與四氣的形成密切相關,具有參考價值,有待于將來進一步的研究與探索。
寒熱辨證為中醫(yī)首要辨證,寒熱藥性是中藥的首要藥性,“寒者熱之、熱者寒之”是中醫(yī)首要治則。肖小河[12]教授認為中藥寒熱藥性研究要解決的科學問題很多,概括起來有三大關鍵科學問題:闡明中藥寒熱藥性差異的客觀性;建立較為公認的中藥寒熱藥性評價方法和指標;揭示中藥寒熱藥性的生物學機制及可能的物質基礎。對于中藥四性的存在無論是古代文獻記載還是現(xiàn)代研究均證明它是客觀存在的,中藥寒熱屬性也不僅僅是藥物自身所具備的物質屬性,更多的是涵蓋了中藥作用于生物體后的生物效應。團隊在前人研究的基礎上摒棄研究中藥寒熱屬性的物質基礎,利用紅外熱成像技術和微量量熱技術研究藥物作用于人或動物的寒熱表現(xiàn),實現(xiàn)中藥(方劑)寒熱屬性的量化表征。
2.1 基于紅外熱成像技術的中藥寒熱藥性研究 藥物與機體之間的相互作用就是中藥藥性來源的理論基礎,中藥的寒熱藥性反應也是一種生物熱反應的結果。藥物給與實驗對象(大鼠)后,熱性藥物的反應應是較正常組的熱代謝加快,從而反應為生物體溫度升高,與之對應的寒性藥物則反應為較正常組溫度降低。而TMI(人體紅外熱成像)可以捕捉生物體的熱信息,可以敏銳地觀察到生物體微小的溫度變化(敏感度達0.02℃)。我們以生物熱效應(即與機體作用)作為切入點,采用紅外熱代謝成像(TMI)技術將動物的熱輻射信號接收后,并記錄下來,再通過TMI的分析系統(tǒng),將接收的整個紅外成像圖轉化為數(shù)字信息,通過統(tǒng)計分析來比較正常動物與給藥動物的變化,從而依據(jù)這種變化對常用中藥寒熱程度量化做探索性的嘗試,以期建立能科學表征中藥寒熱藥性的檢測方法,挖掘中藥寒熱屬性與紅外熱成像圖提供溫度數(shù)據(jù)間的內在聯(lián)系,實現(xiàn)對中藥寒熱屬性的客觀表征。通過反復實驗,確定了本實驗方法的四項原則,即:1)TMI檢測方法標準確立:本體系包括檢測體系構成、采圖環(huán)境、采圖體位、儀器參數(shù)設定。2)實驗藥物標準制定:實驗藥物標準包括實驗藥物的鑒定、給藥劑量選擇、給藥濃度、給藥時間及次數(shù)、藥物煎煮方法。3)實驗動物的確立:實驗動物的標準確定為選擇50 d左右日齡,體重180~220 g的雄性Wistar大鼠,級別為SPF級。4)實驗方法的確立(標準四):a.設立平行對照組,即每味藥的檢測都設立一組對照組。b.測試時對照組與給藥組2組同時麻醉、同時進行實驗,比如測完對照組一號,立即測給藥組一號。c.盡量縮短試驗時間,將試驗時間固定在1 h之內。d.對照組與給藥組同時麻醉,測定完一味藥后再進行下一組的動物麻醉。e.盡量挑選氣候比較穩(wěn)定的時間段進行實驗,最好不要選擇氣候變換較劇烈的時間進行實驗。
在驗證實驗中,根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果,發(fā)現(xiàn)吳茱萸、生石膏、黃連、制附子、細辛、黃芩各組均出現(xiàn)較顯著的差異變化,即P<0.05。而桂枝、大黃組雖然沒有出現(xiàn)較顯著的差異,但其相對均值是升高或降低的,實驗的結果是符合中藥藥性寒熱記載的,也即說明寒熱藥性是機體在藥物作用下對熱變化的一種生理或病理感受,在某種程度上中藥四性就是機體在藥物作用下的熱物理、熱化學、熱生物屬性等的重要反應[13]。這與現(xiàn)代實驗研究中熱性藥能使動物機體熱代謝增加的功能,寒涼藥能使動物機體熱代謝降低的功能的研究結論相一致的[14-18]。
2.2 基于微量量熱儀檢測技術的中藥寒熱藥性差異的表征及定量研究 微量量熱學是熱化學研究中的重要方法,人們用微量量熱方法可以直接研究生命體系的熱力學過程。微量量熱法是基于生化反應中普遍存在的生物熱交換而存在建立的,即通過測得生物代謝過程中釋放和吸收的微瓦級熱量,可對有生命活動或化學反應過程進行實時動態(tài)跟蹤掃描,形成熱譜圖。同時還可對相關生物熱動力學特征參數(shù),如生長速率常數(shù)k、總產熱量Q、最大發(fā)熱功率Pmax以及達峰時間Tp等特征信息進行分析,用以表達微生物、細胞、組織和器官等生物體或非生命體的微量熱變化規(guī)律。
大腸埃希菌[19]是目前用于熱力學研究較多的微生物,在培養(yǎng)基中生長、繁殖的同時伴隨能量代謝并產生熱量,描述大腸埃希菌產熱功率隨時間變化的圖譜就是熱譜圖,也稱熱動力學曲線。在相同的實驗條件下,其熱力學參數(shù)具有良好的重現(xiàn)性。將藥物加至細菌培養(yǎng)液中,測定熱圖譜,通過對熱譜中所表達的熱力學參數(shù)進行分析,用相關參數(shù)對藥物的相關屬性進行量化分級。
從生物熱力學角度來說,中藥寒熱藥性也是機體能量代謝與熱活性的重要反應,這種反應來源于藥物本身蘊含不同形式或不同量值的能力或熱量物質,這些物質在體內正常轉化(代謝),可產生生理性或營養(yǎng)性的能量轉移和熱的變化;也可以是藥物含有內生致熱物質或相關物質,作用于機體后產生一系列伴有能量和熱變化的生理或病理反應。藥物作用于生物體后所產生的溫度變化是衡量藥物寒熱程度的一個方面,文獻研究[20-21]認為熱性藥能促進代謝產生更多的熱量,寒性藥則產生抑制作用。團隊采用微量量熱技術測定大腸桿菌在中藥提取物作用下的生長熱譜曲線,得到生物熱動力學參數(shù),如生長速率常數(shù)、抑制率、半抑制率和熱焓等,從而可以對中藥和復方的寒熱溫涼進行客觀的描述。應用美國TA公司生產的八通道熱活性微量量熱儀TAM Air及其數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng),團隊經過反復研究建立了大腸埃希菌接種量、中藥過濾孔徑和干擾中藥濃度等技術方法,并通過寒熱典型中藥干預實驗研究表明附子、干姜、桂枝;生石膏、生梔子、黃連對大腸桿菌產熱效應均有顯著影響。其中附子、干姜、桂枝能促進大腸桿菌產熱效應;生石膏、生梔子、黃連能明顯抑制大腸桿菌產熱效應[24-23]。
由于微量熱法具有足夠靈敏度,可連續(xù)檢測生物代謝過程所產生的熱量,繪制生長代謝熱功率P隨時間t的變化規(guī)律。在微量量熱技術的基礎上,直接監(jiān)測生物體所固有的熱力學過程,同時提供熱力學數(shù)據(jù),將這種細微的能量轉化刻畫來,實現(xiàn)熱能的量化與可視化,從而為實現(xiàn)中藥藥性的量化分級提供實驗依據(jù),也是觀察中藥藥性與生物體熱效應的新興途徑之一。
辨證論治是中醫(yī)臨床的特點,中醫(yī)的辨證方法雖然繁多,且各自有其歸納的內容及理論特點,但是無論哪種辨證方法,辨寒熱都是最基本的辨證內容之一。對于方劑的寒熱信息在醫(yī)生大腦中是一種模糊的概念,多是基于藥物的寒熱信息來推斷的,而藥物的寒熱信息,歷來都是以文字的形式記載在文獻資料中,是一種理論信息,如何找到文字層面上寒熱良好的可視化視覺表達方式,如何將其在計算機屏幕上有效地呈現(xiàn)出來,這也是我們團隊研究的另一個方向。
對于方劑寒熱屬性的研究,通過文獻研究發(fā)現(xiàn),可以歸納為兩種情況,一是對方劑本身所表現(xiàn)出來的寒熱屬性進行的研究,二是基于方中組成藥物四氣(四性)的研究。把方劑的本身當成一個整體來看待,相對于基于方中藥物分析的方法,其結果更直接、也更客觀地反映了整個方子的寒熱屬性,畢竟少了一道綜合分析的推理過程。然而這種研究方法對大規(guī)模方劑分析的適用性不強,因為一旦方劑進行加減,或是換方,則所有的研究就要重新進行,工程浩大。因而,現(xiàn)在大部分的研究都是建立在對方中組成藥物研究的基礎上,主要進行的是藥物四氣(四性)方面的研究,方劑寒熱屬性是方中藥物四氣的綜合體現(xiàn),與治法、療效及安全性都密切相關。
另一類研究就是利用數(shù)學的方法設計數(shù)學模型進行量化分析。蔣孝保等[24]提出利用“寒熱數(shù)D”將中藥寒涼溫熱程度分為11級(按中藥寒涼溫熱程度分為11級,平性為0,寒方向為“-”,熱方向為“+”,每級10進位)與臨床常用量最小值(G)的比值(d)對待測中藥四氣進行量化。程彬彬等[25]提出了建立在服藥動物與正常動物體溫比值基礎上的“四氣指數(shù)”的概念和測定方法和計算公式,并提出四氣的九級定律(半定量)統(tǒng)計學標準指標。張冰等[26]認為寒熱藥性反映了中藥的作用趨向,其認知概念具有模糊性特征,建立了藥性生物學表達的模糊判別模式,并運用其分析藥物的寒熱藥性和藥性表達方式。由于藥物的性質不同,其用藥的范圍會有很大的差異,處方中的實際用量不能直接對作用的強度進行判斷,缺乏可比性。在中醫(yī)理論指導下,任廷革等[27-28]提出相對藥量的概念,把操作數(shù)據(jù)(藥物和劑量)轉化為信息數(shù)據(jù)(藥物和貢獻度),其基本原理在于求出藥物劑量在其歷史用藥范圍中的權重,并設計了具體的數(shù)學算法,引入了“相對藥量”的概念,使得藥味和藥味之間的各種藥效強度分析有了可比性。并在此基礎上,設計了具體的處方性味歸經的計算模型。以上研究都是依據(jù)古人對四氣等級主觀判斷的數(shù)學模擬。雖然古人對藥物四氣的描述都有寒、熱、溫、涼之分,甚至還有微、甚、大等副詞的修飾,但是這種判別是存在于各個醫(yī)家腦海中的,其程度或等級上的劃分依據(jù)的是醫(yī)家思維過程中難以統(tǒng)一的主觀標尺與主觀基準。
近年來我們在方劑寒熱屬性的量化和可視化方面也做了一些探討,基于文獻研究的數(shù)學方法的量化分析建模,對于中藥藥性采用平、微溫、涼、溫、微寒、熱、寒、大熱、大寒的9級劃分方法,提出了寒熱密度,寒熱份數(shù),寒熱分級模型等基本的量化概念,并應用這些概念建立了實際可計算的量化模型。首先,基于平均常用量的量化方法對方劑中各個藥物的氣、味、歸經等進行數(shù)值上的量化,使之具有數(shù)的性質,可以進行加減等運算與比較,并使數(shù)值與傳統(tǒng)的認識相對接,符合人類的思維習慣與認知能力,從而運用于方劑寒熱屬性的分析當中。然后,根據(jù)心理測量學中心理物理學布格爾-韋伯定律,將藥物四氣等級的文字記載轉換成等比數(shù)列,探討公比q的取值范圍及設定方法,使用求和公式完成方劑寒熱屬性的量化計算。通過考察各類可視化的方法,選擇基于色彩理論的顏色表達方式[29]。
在顏色可視化表達的實現(xiàn)上,我們將方劑寒熱屬性量化模型的計算結果映射到寒熱色帶上,并設計了紅、藍、黑三色指針指示方劑寒熱屬性的視覺呈現(xiàn)效果,其中紅色指針表示方劑中溫熱屬性分量的指標,藍色指針表示方劑中寒涼屬性分量的指標,黑色指針表示方劑總體寒熱屬性的指標,從而完成將方劑的寒熱屬性從抽象表述到視覺呈現(xiàn)的可視化過程。在研究過程中,制訂了寒熱屬性量化計算模型遵循的基本原則:1)量化規(guī)則:寒熱屬性的值=寒熱系數(shù)×相對劑量。2)同質屬性合成規(guī)則:各個同質的屬性可以加和。如同是屬性為寒的兩味中藥量化值可以相加。3)不同質屬性合成規(guī)則:各不同質的屬性通過寒熱屬性的值的可以加和。如:寒的屬性的量化值可以與熱的屬性量化值相加。
方劑的組成藥物的每個屬性進行計算,通過合成規(guī)則將單個藥物的寒熱屬性合成整個方劑的總體屬性特征。我們構建的平臺以傷寒論方作為基礎進行研究,其研究結果顯示該量化模型能夠比較準確地反映方劑之間因加減藥味及藥量所帶來的寒熱屬性之間的差異,且可視化的效果能夠基本反映這種變動引起的寒熱視覺差異證實這些方法與效果是有效的、靈敏的,能夠滿足可視化分析的要求,方劑寒熱屬性的量化與可視化,可以達到一目了然、以簡執(zhí)繁的作用。
基于《傷寒論》六經辨證(三陰三陽)理論及中藥四性理論的“量化組方”研究是本團隊的研究方向之一,在以往研究的基礎上,目前正在構建基于“生物傳熱理論”的中藥四氣量化研究的數(shù)學模型,該研究根據(jù)中藥四氣與溫度、熱量、時間之間的函數(shù)關系,建立中藥四氣量化研究數(shù)學函數(shù)模型,并通過基于醫(yī)用紅外代謝熱成像和微量量熱技術的中藥四氣定性定量檢測和分析平臺所測得中藥寒熱屬性值進行驗證,通過建立中藥四氣梯度分級方法,最終實現(xiàn)對仲景經方寒熱屬性的定量化分析。
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(2014-12-05收稿 責任編輯:洪志強)
The Research of Formula Quantification based on the Four-property Theory of Chinese Medicine
Sun Yan, Zheng Fengjie, Gao Yushan, Zhao Pengna, Wang Dingnan, Li Yuhang
(SchoolofBasicMedicalSciences,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100029,China)
The research of quantified formula based on the four-property theory of Chinese medicines is one of the main objective of our research. Our research explored scoring system of the heat-cold property of Chinese medicines, and visualized quantified formula using thermal imaging biological metabolism (TMI), micro-heat method and the mathematical modeling technology. Using multiple methodology to build an objective evaluation and quantification methodology of heat-cold property of Chinese herbs can help to quantify the heat-cold property of classical formula, then guide composition of formula.
Four-property of Chinese Herbs; Thermal Metabolic Imaging (TMI); Microcalorimetry; Quantification; Visualization
北京中醫(yī)藥大學“經方現(xiàn)代應用關鍵科學問題的基礎研究”創(chuàng)新團隊(編號:2011-CXTD-04)
孫燕,副研究員,電話:(010)64286981,E-mail:suny@bucm.edu.cn
李宇航,男,教授,博士生導師,地址:北京市北三環(huán)東路11號北京中醫(yī)藥大學,郵編:100029,電話:(010)64287503,E-mail:liyuhang@bucm.edu.cn
R289
A
10.3969/j.issn.1673-7202.2015.01.004