電子鼻檢測量化清熱藥四氣五味的研究

盛良 唐德才 王光耀 張亞 王興華 陳建偉 徐陸周 何敏 張繼

（南京中醫(yī)藥大學，江蘇南京 210023）

電子鼻檢測量化清熱藥四氣五味的研究

盛良 唐德才 王光耀 張亞 王興華 陳建偉 徐陸周 何敏 張繼

（南京中醫(yī)藥大學，江蘇南京 210023）

目的：探討用電子鼻檢測量化中西藥物的四氣五味的方法與可行性。方法：用電子鼻檢測13味清熱中藥和2種西藥（氧化苦參堿、靛玉紅），觀察各藥主成分分析（PCA）和雷達圖的相似性和差異性，以此作為檢測量化依據(jù)。結(jié)果：本研究所檢測的清熱藥之間PCA、雷達圖有較高的相似性，與它們相近氣味相應。結(jié)論：電子鼻可以用于檢測量化中西藥的四氣五味。

四氣五味 中藥檢測 電子鼻 清熱中藥

中醫(yī)學認為，藥物都具有一定的性、味，通過了解中藥的四氣五味，分辨各種藥物的共性與個性，從而有針對性地運用于臨床。隨著中西醫(yī)結(jié)合的發(fā)展，學者們對現(xiàn)代醫(yī)學指標與中醫(yī)證型的關(guān)聯(lián)進行了深入研究并有了一定的發(fā)現(xiàn)。我們也開始研究使用現(xiàn)代醫(yī)學儀器檢測中藥的四氣五味?！端貑枴ち?jié)藏象論》曰：“五氣入鼻藏于心肺”，“五味入口藏于腸胃”，中藥的四氣五味肇始于鼻舌，口嘗鼻聞可謂是最古老的檢測中藥物質(zhì)能量的方法，后根據(jù)臨床發(fā)展成推理氣味。模擬鼻、舌的電子鼻舌已被廣泛運用于很多行業(yè)二十余年，技術(shù)十分成熟。由于電子鼻舌是在智能傳感器矩陣系統(tǒng)中配有不同類型的傳感器，能充分模擬復雜的鼻舌功能，因而能檢測鑒別氣味和味道。據(jù)此，我們試用電子鼻檢測量化中藥的四氣五味。本研究選擇了13味清熱中藥2種西藥（氧化苦參堿、靛玉紅），使用電子鼻檢測各藥物，分析主成分，繪制雷達圖，以觀察藥性近似的藥物經(jīng)電子鼻的檢測，結(jié)果有無相似性，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 實驗材料

1.1 儀器電子鼻，Alpha M.O.S.，中國，αFOX 4000系統(tǒng)和αSOFTV9.1軟件，自動進樣器HS100。本儀器檢測靈敏度高，通?？蛇_到PPb級。

1.2 藥物13味中藥均為道地藥材，經(jīng)我校中藥鑒定專家王春根教授鑒定為正品；西藥根據(jù)筆者提出的假說選擇與本研究所檢測的中藥氣、味相近、相異者2種［1-3］，均為中國藥品生物制品檢定所提供的化學對照品。藥物編號與性味見表1，中藥性味根據(jù)《中藥學》［4］。中藥均粉碎過80目篩，編號，備用。每味藥電子鼻檢測重復4次。

表1 藥物編號與性味

1.3 待測樣品中藥：稱取2g，加60mL蒸餾水，浸泡30min后煮30min，取1mL，裝入10mL樣品瓶中。西藥：稱10mg，加4mL水，超聲水浴20min，取1mL，裝入10mL樣品瓶中。

1.4 電子鼻參數(shù)載氣：合成干燥空氣；流速：150mL/min；樣品準備：1mL樣品置于10mL樣品瓶中；頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時間300s，產(chǎn)生溫度50℃，攪動速度500r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積1200μL，注射速度1200μL/s，注射針總體積2.5mL，注射針溫度60℃；獲取參數(shù)：獲取時間120s。

2 研究方法

2.1 主成分分析（PCA）PCA是一種包含了向量分析和相關(guān)矩陣的分類技術(shù)，通過旋轉(zhuǎn)數(shù)軸使數(shù)據(jù)間的最大差異性得以顯現(xiàn)，通過計算得到一組新的數(shù)軸來捕捉整個數(shù)據(jù)集間的最大差異，用于挖掘有用的信息，給出具有不同氣味區(qū)域和簇的描述性圖表。PCA是從多個數(shù)值變量（指標）之間的相互關(guān)系入手，利用降維思想，將多個變量（指標）化為少數(shù)幾個互不相關(guān)的綜合變量（指標）的統(tǒng)計方法，其基本思想方法與中藥的四氣五味相類似。中藥藥性從中西醫(yī)結(jié)合觀點看，就是將復雜的中藥化學成分降維為四氣五味，筆者稱之為四氣五味宏觀化學成分［2］。

2.2 差異指數(shù)差異指數(shù)是一無量綱的值，用于表示樣品間的差異，差異指數(shù)越小，表示相似性越大，反之，越小。

3 研究結(jié)果

見圖1—圖5，表2—表4。

圖1 樣品27—30雷達圖

圖2 樣品27—30 PCA

表2 樣品27—30差異指數(shù)

圖3 樣品31—34、36—40雷達圖

表3 樣品27—34、36—40雷達圖PA/2、P30/1、P40/2數(shù)據(jù)

圖4 樣品31—34、36—40 PCA

圖5 樣品27、43、44 PCA

表4 31—34、36—40差異指數(shù)

4 討論

4.1 驗證目的

4.1.1 驗證中藥四氣五味與其功效相應能否使用現(xiàn)代科學儀器電子鼻檢測量化中藥物質(zhì)能量結(jié)構(gòu)四氣五味與功效關(guān)系，是本驗證的首要目的。分四類如下：氣、味相同，功效相近；氣、味相同，功效相異；氣同而味異，比其功效；味同而氣異，比其功效。因本驗證均為寒藥，故無氣異項。

27—30是清熱瀉火藥，31—34是清熱燥濕藥，38—40是清熱解毒藥，以上三類同屬清熱藥，一同檢測，看電子鼻能否檢測出它們同屬清熱藥的共性，以及測出它們?yōu)a火、燥濕、解毒的子類共性。43芒硝屬攻下藥，44膽礬屬涌吐藥，27石膏屬清熱瀉火藥，3藥部分氣味相同相近并且化學成分相似，故設計此3藥，看能否檢測出區(qū)別。

4.1.2 驗證西藥四氣五味中西藥同治一病，在臨床上早就會通，通過電子鼻檢測，可以驗證西藥也有中藥四氣五味藥性。36、37為中藥有效成分，根據(jù)筆者提出的假說［1-3］，按照它們的Pka、log P值，其氣味預測如表1所示，36氧化苦參堿為清熱燥濕對照藥，37靛玉紅為清熱解毒對照藥。

4.1.3 驗證中藥有效成分是否反映中藥藥性中藥有效成分是以現(xiàn)代醫(yī)藥的理化檢測結(jié)果為標準而稱其有效的，同樣難以納入中醫(yī)藥理論體系，本研究選用中藥及其有效成分進行對照，二者以中藥四氣五味為標準進行檢測，看有效成分是否反映中藥藥性。36氧化苦參堿是34苦參的有效成分，37靛玉紅是38青黛的有效成分，以此驗證有效成分也有氣、味，并且只能一定程度反映中藥藥性。

4.2 驗證中藥四氣五味能量結(jié)構(gòu)與其功效相應

4.2.1 清熱藥共性檢測27—30、31—34、38—40均為寒性藥，本類藥統(tǒng)稱清熱藥，屬藥性相同，功效相近。圖1、圖3雷達圖極為相似，從數(shù)據(jù)上看，各計數(shù)點幾乎重疊，僅在P40/2、P30/1、PA/2處有所差異，相差0.10～0.25，顯示其共性，詳見表3。從差異指數(shù)看，表2、表4顯示，樣品差異都不大，差異指數(shù)越小，表示相似性越大。本結(jié)果體現(xiàn)了同屬清熱藥為其共性，但其又可分為以下三個子類：

清熱瀉火藥。27—30是清熱瀉火藥，本類藥多甘（苦）寒，清熱力較強，治火熱較盛證［5］172。本實驗所選此類藥27—30樣品相似度很高，尤其是樣品27、28、29，各個傳感器的響應值非常一致，基本上可以認為是同類物質(zhì)。從圖2可見，三者相距很近；表2可見差異指數(shù)很小，而30差異指數(shù)稍大。30與前三者不同的原因是：前三者（石膏、知母、天花粉）味甘辛苦，甘辛為陽主升，清氣分之火，主歸肺、胃經(jīng)；30（梔子）味苦為陰主降，兼入血分，瀉血熱之火，涼血利濕，主歸心、肺、三焦經(jīng)。如果進一步分析，圖2中28、29相距更近，表2顯示它們差異指數(shù)小至0.0249，這是由于二藥（知母、天花粉）同為苦、甘，寒，如果說二藥之間的不同只是氣味程度不同；27與28、29差異指數(shù)稍大為0.0966、0.0725的原因是：27（石膏）甘、辛，大寒，較28（知母）、29（天花粉）多辛味，而后者較前者多苦味。所有異同，均因氣同味異，而導致功效不同，其檢測量化精確反映了傳統(tǒng)認識的正確性，連子類中的個體差異也能區(qū)別。

清熱燥濕藥。31—34是清熱燥濕藥，本類藥多苦寒，清熱之中，燥濕力強［5］187。31黃芩、32黃連、33黃柏三藥性皆苦寒，體現(xiàn)氣、味相同，功效相似。但黃芩偏瀉上焦之火，歸肺、膽、脾、胃、大腸、小腸經(jīng)；黃連偏瀉中焦之火，歸心、脾、胃、膽、大腸經(jīng)；黃柏偏瀉下焦之火，歸腎、膀胱、大腸經(jīng)［7］。這是典型的氣味相同而功效不同，電子鼻亦檢測出其差異。表4顯示差異指數(shù)：因31、32藥物差異指數(shù)小至0.0103，而圖4亦相近，可看成一組；同樣33與34藥物差異指數(shù)為0.0816，圖4相近，可看成另一組。這樣清熱燥濕藥可分成二組，體現(xiàn)氣、味相同，功效相異，同中有異。為何分成二組？由于濕熱所侵肌體部位不同，因而必須用相應歸經(jīng)的藥物予以治療。31、32歸經(jīng)偏上中焦，同歸膽、脾、胃、大腸經(jīng)，與檢測結(jié)果一致；33、34歸經(jīng)偏下焦，當同歸腎、膀胱、大腸經(jīng)，34苦參在教材中雖未見歸腎經(jīng)，但《本草求真》記苦參：“專入腎”［6］。若再細分之，31、32差異指數(shù)小至0.0103，33與34差異指數(shù)為0.0816，二組相比，前者小于后者，故圖4見前者相近，后者相遠。

清熱解毒藥。38—40是清熱解毒藥，本類藥性多苦寒，清熱之中更長于解毒［5］187。從圖4及表4差異指數(shù)可以看出，38青黛、39板藍根、40穿心蓮樣品相似度很高，三藥相距不遠，其差異指數(shù)不大，故為同類。但細分之，37靛玉紅與38在表4中差異指數(shù)小至0.0322，而在圖4中相近，可看成一組；39與40在表4中差異指數(shù)小至0.0260，而在圖4中相近，可看成另一組。這樣清熱解毒藥就和清熱燥濕藥一樣，也分成二組，體現(xiàn)同中有異。其原因是熱毒所侵肌體部位不同，因而必須用相應歸經(jīng)的藥物予以治療。39、40藥性同為苦寒，而38藥性咸寒，其味一苦一咸不同，味不同導致歸經(jīng)不同。39板藍根可用治外感風熱，發(fā)熱頭痛咽痛［7］，當歸肺經(jīng)，古醫(yī)書無入肺經(jīng)之說，新加后39、40同歸心、肺經(jīng)相似度大；37靛玉紅為38青黛的有效成分，歸經(jīng)、功效相似，故分別分成二組。同上例還可再細分之：37、38差異指數(shù)小至0.0322，39與40差異指數(shù)小為0.0260，兩組相比，前者大于后者，故在圖4中前者相遠，后者相近。

4.2.2 清熱藥子類區(qū)分從圖4清熱燥濕藥與清熱解毒藥的圖形看，二者相互雜居，具有交叉性。（1）從圖4可見，31、32燥濕藥夾在37、38與39、40清熱解毒藥之中，從表4看，31與這四味中藥差異指數(shù)依次為0.0817、0.0566、0.0741、0.0982，32與這四味中藥差異指數(shù)依次為0.0906、0.0650、0.0651、0.0893，都較小，具有共性。對這六藥進行比較，我們發(fā)現(xiàn)其確有共性。如除均性寒清熱外，它們都能治呼吸系統(tǒng)疾病，從中醫(yī)歸經(jīng)來看，都可歸肺經(jīng)、大腸經(jīng)，這是六藥共有藥性。32黃連、39板藍根例外，醫(yī)籍未載此二藥歸肺經(jīng)，但黃連現(xiàn)代臨床用于治療肺結(jié)核、肺膿舯、呼吸道感染、百日咳等，板藍根可治感冒，可推測此二藥入肺經(jīng)［7］。由本例可見，電子鼻不僅能夠證明傳統(tǒng)中藥四氣五味上的正確與否，同時能夠補充古醫(yī)藥認識上的遺漏不足。（2）從圖4可見，34苦參燥濕藥與39、40清熱解毒藥相近，從表4可見，34與39、40差異指數(shù)小至0.0666、0.0448，而圖4中三藥相近，具有共性。34苦參雖列燥濕藥，但其歸經(jīng)與39、40有相似之處，如其功效殺蟲可謂清熱解毒。此七藥既反映了中藥氣、味相同，功效相近；也反映了氣、味相同，功效相異。

可見，電子鼻既檢測區(qū)分這些藥物同屬清熱藥為其共性，又檢測出可分為三子類的差異性，同時也分別檢測出三子類中的同中有異，直至子類層次的個體差異等三個層次。可見，中藥的四氣五味可通過現(xiàn)代儀器進行檢測量化。

4.3 驗證可從中藥四氣五味能量結(jié)構(gòu)與化學成分結(jié)構(gòu)的關(guān)系上會通中西藥現(xiàn)代藥物的化學成分是現(xiàn)代藥物實體結(jié)構(gòu)的載體，目前的藥物理化檢測就是以此為物質(zhì)基礎(chǔ)。中藥的化學成分復雜，目前只能從有效成分上說明功能狀態(tài)，并且因兩種醫(yī)學體系而不能與西藥會通，能否找到一種現(xiàn)代儀器，既能從化學成分空間結(jié)構(gòu)上又能從物質(zhì)能量四氣五味結(jié)構(gòu)上統(tǒng)一檢測呢？本實驗證明可以用電子鼻檢測量化。27石膏主含CaSO4·2H2O、43芒硝主含Na2SO4·10H2O、44膽礬主含CuSO4·5H2O，三者化學成分、結(jié)構(gòu)相似，故其中藥藥性相似，雖不完全相同，但有其共性。電子鼻檢測數(shù)據(jù)顯示，43與44幾乎一致，27與43、44數(shù)據(jù)絕大部分相同，其總體相同性占86.1%，相異性占13.9%，這和它們的化學成分結(jié)構(gòu)有較大相似性是一致的，詳見圖5?；瘜W成分同中有異，導致氣味同中有異，根據(jù)筆者假說，金屬元素給出電子而吸收能量為寒［7］，以上三中藥的正離子均屬金屬元素，故其氣同為寒性，功效清熱瀉火。由于三者給出電子的能力有大小不同，其氣寒程度也有不同，與氣平衡的味的大小也相應不同，在化學成分上就表現(xiàn)為所含H2O數(shù)多少不同。本類屬氣同而味異，致其功效同中有異：27石膏，甘辛寒，清熱瀉火，治胃火牙痛、頭痛、實熱消渴等，火煅有斂瘡生肌、收濕、止血等作用；43芒硝，咸苦辛寒，寒清熱瀉火，咸苦辛潤燥，攻下通便，可治積滯便秘、咽痛、口瘡、目赤、癰瘡腫痛等；44膽礬，酸澀辛寒，酸澀辛味，收斂上行，寒清火熱，故“能涌風熱痰涎，發(fā)散風木相火”，“治咽喉口齒瘡毒有奇功”。與其化學成分、結(jié)構(gòu)相似相應，三者功效有相似之處，尤其是43芒硝、44膽礬。

4.4 驗證中藥有效成分只能一定程度反映中藥藥性34苦參的有效成分是36氧化苦參堿，二者有一定相似度，差異指數(shù)是0.119。38青黛的有效成分是37靛玉紅，二者差異指數(shù)是0.0322，相似度很大，由此可將37靛玉紅列為清熱解毒藥，這也是與38形成一組的原因，圖4所示也可為證。34與36相距較遠，而37與38差異較小，故36氧化苦參堿代表苦參的有效程度遠遠低于37靛玉紅代表青黛的有效程度。此二例極能說明有效成分有一定合理性，但代表程度差異很大，不能全部有效代表原中藥藥性，即使37靛玉紅代表青黛的有效程度很高，卻不如39、40二種不同的藥相似度高。

［1］盛良.論中藥四氣五味與電子得失吸推偏移能級升降說.上海中醫(yī)藥雜志，2008，42（2）：4

［2］盛良.論中藥四氣五味的宏觀化學成分說.上海中醫(yī)藥雜志，2008，42（7）：63

［3］盛良.中藥四氣五味的量化.現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2004，13（22）：2943

［4］高學敏.中藥學.北京：中國中醫(yī)藥出版社，2002：93，95，97，101，106，108，110，114，126，124，122，183，591

［5］高曉山.中藥藥性論.北京：人民衛(wèi)生出版社，1992

［6］國家中醫(yī)藥管理局.中華本草（精選本）.上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1998：912

［7］盛良.論化學元素具有寒熱溫涼四性：一論中藥四性與現(xiàn)代化學的統(tǒng)一.中國中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學雜志2003，9（1）：14，29

R285.1

A

1672-397X（2015）11-0059-04

盛良（1945—），男，教授，碩士研究生導師，主要研究中西醫(yī)藥結(jié)合基礎(chǔ)理論會通。shengliang295@163.com

2015-03-15

編輯：吳寧

江蘇省科學技術(shù)廳基礎(chǔ)研究計劃（自然科學基金）資助項目（BK2012857）