化痰止咳平喘類中藥湯劑相對密度監(jiān)測的數(shù)學模型研究*

孫婉瑾，王金波，閆斌，陳洪燕，黃正德，陳樹和，李學林，張璐，劉瑞新

(1.湖北省中醫(yī)院藥事部，武漢 430061；2.湖北省中醫(yī)藥研究院中藥研究所，武漢 430074；3.河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院藥學部，鄭州 450000)

中藥湯劑是我國千百年來防病治病的主要形式和手段。自“第九個五年計劃(九五)”以來，國家實施的中藥質(zhì)量控制現(xiàn)代化戰(zhàn)略有力地推動了中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對中藥湯劑的深入研究也產(chǎn)生了一定影響[1]。筆者針對中藥湯劑做了大量研究[2-3]，近期完成了197種常用中藥飲片煎煮吸水率、相對密度、出膏率等參數(shù)測定，并以根及根莖類、果實種子類、全草花葉類等具體藥用部位為劃分條件，建立了不同藥用部位中藥相對密度監(jiān)測數(shù)學模型，以期為中藥復方湯劑煎煮質(zhì)量評價提供依據(jù)。

值得注意的是，中藥湯劑具有多組分、多靶點的協(xié)同作用機制，藥用部位不同但功能類似的中藥?！跋囗殹被颉跋嗍埂睘橛?，其藥效是各組分協(xié)同作用的綜合體現(xiàn)[4-5]?；谥兴幬镔|(zhì)基礎與功效的類似關系，又系煎煮本身是有效成分溶出并達到平衡的過程，功效類似的中藥煎煮必然存在一定的科學規(guī)律，功效分類或可作為中藥湯劑研究對象的劃分依據(jù)。為證實這一猜想，筆者在本研究采集28種常見化痰止咳平喘類中藥煎煮湯劑的關鍵參數(shù)，擬合出膏率與相對密度的方程，并推導出數(shù)學模型進行驗證。本研究結(jié)果將應用于智能煎藥機信息平臺，后期能夠結(jié)合智能煎藥機在線檢測的相對密度實時評價中藥湯劑是否符合標準，達到在線監(jiān)控中藥湯劑煎煮質(zhì)量的目的。

1 儀器與試藥

1.1儀器 AU-120L型高精度密度測定儀，杭州金邁儀器有限公司；DHG-9146A型鼓風干燥箱，上海習仁科學儀器有限公司；ME204E型萬分之一電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司，感量：0.1 mg；ZNHW智能恒溫電熱套，天津工興實驗室儀器有限公司。

1.2試藥 28種具有化痰止咳平喘功效的中藥飲片，均購自安徽人民中藥飲片有限公司、安徽普仁中藥飲片有限公司、亳州滬譙中藥飲片有限公司，每種飲片3批，飲片質(zhì)量均符合2015年版《中華人民共和國藥典》標準或《安徽省炮制規(guī)范》標準。全部批次的28種飲片經(jīng)湖北省中醫(yī)院陳樹和主任藥師鑒定為正品。實驗用水為自來水。

2 方法與結(jié)果

2.1方法

2.1.1單味飲片煎煮吸水率的測定 選取臨床使用頻次高的炒苦杏仁、川貝母、半夏等28種常見化痰止咳平喘類中藥進行實驗。稱取飲片50 g至1 000 mL圓底燒瓶中，在智能恒溫電熱套中進行回流煎煮。此28種飲片均屬一般飲片，依據(jù)《醫(yī)療機構(gòu)中藥煎藥室管理規(guī)范》一煎加水量為飲片重量的7倍，二煎加水量為飲片重量的6倍，浸泡30 min后，一般飲片頭煎30 min，二煎20 min。即加水量、煎煮時間一致，納入本模型研究范圍。每次煎煮濾過后測定濾液體積，分別計算一煎吸水率、二煎吸水率。飲片吸水率公式：吸水率(%)=(加水量-濾液體積)/飲片重量×100%(公式1)。

2.1.2單味飲片湯劑煎煮得液量、相對密度、出膏率的測定 飲片取樣量與煎煮方法同“2.1.1”項，以中藥煎煮湯劑的每日服用劑量為500 mL計算，分2次服用，每次250 mL，要求一煎得液量、二煎得液量均為250 mL，依據(jù)“2.1.1”項吸水率數(shù)據(jù)補加對應的吸水量。飲片加水量公式：一煎(或二煎)加水量=一煎(或二煎)吸水率×飲片重量+250 mL(公式2)，合并2次煎煮的藥液，在(80±1)℃測定藥液的體積、相對密度。本研究測定相對密度的溫度為(80±1) ℃，與后期研發(fā)的智能煎藥機在線檢測相對密度的溫度比較接近，測定的數(shù)據(jù)更具有參考價值。

(80±1)℃精密量取湯劑25 mL，置已干燥至恒重的蒸發(fā)皿中，水浴蒸干，于烘箱中105 ℃干燥3 h，移至干燥器中，室溫放置30 min后迅速精密稱定，以飲片重量計算出膏率，飲片出膏率公式：出膏率(%)=干膏率/飲片重量×100%(公式3)。

2.1.3相對密度的校正 由于實際煎煮中得液量并非均為500 mL，為了減少得液量對測定相對密度的誤差，將得液量的體積校正為理論值500 mL，校正后相對密度的計算公式：校正后的相對密度=[得液量×相對密度-(得液量-500)×1]÷500(公式4)。

公式4中得液量、相對密度為實際測得值，500為校正后得液量的體積為500 mL，(80±1) ℃密度測定儀進行補償溫度后測定水的相對密度為1。

2.1.4建立預測相對密度區(qū)間范圍的數(shù)學模型[6]對出膏率與校正后的相對密度進行回歸曲線擬合，并對線性回歸方程進行假設檢驗，采用SPSS 20版(IBM SPSS statistics 20)軟件對校正的相對密度進行方差分析，結(jié)合該方程，建立化痰止咳平喘類中藥湯劑煎煮相對密度預測區(qū)間的數(shù)學模型。

2.1.5驗證實驗 對建立的數(shù)學模型進行驗證。首先進行單味中藥煎煮相對密度區(qū)間預測的驗證。然后選取代表性中藥混合煎煮對上述模型進行驗證。依據(jù)常見化痰止咳平喘藥的使用頻次并盡可能使所選中藥來源不同、后處理形式多樣，綜合選定炒苦杏仁、川貝母、制天南星、前胡、蜜紫菀5種飲片，驗證實驗測定的相對密度經(jīng)校正后在數(shù)學模型預測的相對密度的95%的置信區(qū)間范圍內(nèi)。每種飲片取樣量不超過《中華人民共和國藥典》2015年版規(guī)定最大劑量，取炒苦杏仁10 g、川貝母10 g、制天南星9 g、前胡10 g、蜜紫菀10 g，上述5種飲片共49 g，一煎30 min、二煎20 min，依據(jù)前期煎煮實驗得到的吸水率數(shù)據(jù)與模型確認加水量，測定出膏率與相對密度數(shù)據(jù)，與模型輸出的數(shù)據(jù)進行比較，檢驗模型是否成立。

2.2結(jié)果

2.2.1單味飲片煎煮結(jié)果 28種常見化痰止咳平喘藥的一煎吸水率、二煎吸水率、得液量、相對密度、出膏率結(jié)果見表1，其中相對密度為校正的相對密度，由測定的相對密度按照公式4進行校正得出。將飲片出膏率的結(jié)果由小到大依次排序，在28種常見化痰止咳平喘藥中，制白附子、胖大海、制天南星、法半夏、蜜紫菀等飲片得液量的誤差控制在<10%，其余得液量誤差均控制在<5%，考慮到中藥飲片差異，本結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，一煎吸水率、二煎吸水率結(jié)果具有重復性和參考價值，可用于后期數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)錄入，應用于后期智能煎藥機的信息系統(tǒng)研發(fā)。

2.2.2相對密度預測區(qū)間的數(shù)學模型 按最小二乘法，求得表1中校正的相對密度(Y)對出膏率(X，%)的線性回歸方程為：Y=0.000 5X+0.992 4(公式5)，r=0.955 7，回歸系數(shù)b=0.000 5，截距a=0.992 4，出膏率(X)線性范圍為4.5%～49.4%，該回歸方程應用的條件為測定溫度為(80±1)℃，測定的體積為500 mL。

為檢驗公式5是否對總體有回歸系數(shù)β≠0的可能，需要對線性回歸方程進行假設檢驗，采用SPSS 20版(IBM SPSS statistics 20)軟件對校正的相對密度進行方差分析。查臨界值表v1=1，v2=26，得P<0.01，按α=0.05水準，接受回歸系數(shù)β≠0，認為校正的相對密度與出膏率之間有顯著線性關系，總體線性回歸方程成立。

結(jié)合相對密度對出膏率的線性回歸方程，推測該公式適用于化痰止咳平喘類中藥復方的混合煎煮，化痰止咳平喘類中藥復方湯劑煎煮的相對密度為：Y復方=0.000 5X復方+0.992 4(公式6)，Y復方為混合煎煮后的相對密度，X復方為混合煎煮后的出膏率，即每種飲片的出膏質(zhì)量之和除以飲片的總?cè)恿浚嬎愎綖椋?/p>

表1 化痰止咳平喘類中藥煎煮實驗主要參數(shù)測定結(jié)果

序號飲片名稱主要功能一煎吸水率二煎吸水率%得液量/mL相對密度出膏率/%1天竺黃清熱化痰169.8±27.915.3±7.0 508±70.998 4±0.001 24.5±1.92制白附子祛除風痰202.2±20.657.9±6.8 533±90.995 0±0.000 77.5±0.53炒葶藶子瀉肺平喘339.7±35.866.0±21.1 513±111.000 4±0.001 57.9±5.54炒紫蘇子化痰止咳平喘81.2±11.447.2±6.4 506±40.993 0±0.003 78.4±3.55胖大海潤肺止咳2 437.0±371.01 839.7±427.6 473±110.996 1±0.000 210.1±1.96炒苦杏仁降氣止咳平喘78.8±6.142.0±1.6 519±40.997 1±0.001 110.1±0.97川貝母潤肺化痰止咳155.2±15.189.2±9.5 518±60.998 5±0.000 211.0±0.68黃藥子清熱化痰176.5±35.161.3±5.0 514±30.998 2±0.000 911.0±2.89制天南星燥濕化痰148.4±10.153.3±9.9 530±91.000 5±0.000 812.0±1.110浙貝母清熱化痰止咳132.9±30.675.8±14.4 522±80.997 1±0.001 612.5±5.311清半夏燥濕化痰156.5±13.251.9±16.4 519±40.999 8±0.003 314.2±2.012炒芥子溫肺化痰178.0±68.823.3±17.9 504±141.002 4±0.000 716.2±2.213白前化痰止咳257.9±40.746.7±15.3 523±31.004 6±0.000 417.3±1.914百合潤肺止咳251.4±3.074.7±14.5 514±121.001 9±0.001 117.5±0.515薤白理氣化痰200.4±1.253.3±3.1 518±141.001 0±0.002 317.6±3.416豬牙皂祛痰開竅119.3±16.739.3±7.0 504±21.004 9±0.001 419.2±3.517法半夏燥濕化痰154.0±18.368.7±2.3 537±91.000 7±0.000 919.9±3.818蜜馬兜鈴止咳平喘396.0±14.464.0±14.4 515±41.001 9±0.000 420.5±1.719姜半夏燥濕化痰185.9±17.945.3±9.2 524±131.001 2±0.001 021.4±2.120炒白果仁斂肺平喘118.7±14.0123.3±28.9 493±301.006 3±0.001 325.8±4.421前胡清熱化痰226.5±13.052.0±9.2 517±101.005 5±0.000 428.9±0.422昆布消痰軟堅393.8±49.3100.7±19.2 486±51.011 0±0.001 830.1±2.023紫菀潤肺消痰止咳210.5±20.546.6±9.8 511±71.010 2±0.003 138.0±1.424瓜蔞皮清熱化痰266.4±21.569.9±10.6 502±51.013 9±0.001 238.7±4.125瓜蔞清熱滌痰175.9±8.840.6±7.0 501±91.012 0±0.001 039.6±1.326百部潤肺止咳248.4±53.3112.5±25.4 517±41.016 3±0.006 441.5±9.727蜜紫菀潤肺消痰止咳239.9±18.458.0±11.1 527±131.014 9±0.001 744.9±4.828蜜百部潤肺止咳218.4±47.0103.9±12.4 510±21.021 5±0.004 549.4±12.5

2.2.3單味飲片數(shù)學模型的驗證 結(jié)合表1中出膏率數(shù)據(jù)，對所采集全部批次的化痰止咳平喘類中藥煎煮湯劑的相對密度、出膏率數(shù)據(jù)進行驗證，驗證實驗測定的相對密度經(jīng)校正后理論上應在數(shù)學模型預測的相對密度95%置信區(qū)間范圍內(nèi)，驗證結(jié)果見表2。

表2結(jié)果表明，84批28種飲片數(shù)據(jù)中，有7種飲片共11批校正的相對密度不在數(shù)學模型95%預測區(qū)間。究其原因，除了飲片本身存在差異外，部分果實種子類藥材因為含有油脂，影響相對密度測定，導致結(jié)果存在誤差。多數(shù)批次校正的相對密度在數(shù)學模型預測的區(qū)間之內(nèi)，表明本研究推導的數(shù)學模型有其實用價值，適用于單味化痰止咳平喘類中藥煎煮的預測。

2.2.4化痰止咳平喘類中藥復方煎煮數(shù)學模型的驗證 照“2.1.5”項方法，取炒苦杏仁、川貝母、制天南星、前胡、蜜紫菀5種飲片混合煎煮，平行實驗3次。利用公式7計算得所選5種中藥煎煮的理論出膏率X復方=21.6%，利用數(shù)學模型計算的相對密度，預測范圍為1.003 2±0.002 2?；旌霞逯蟮尿炞C實驗結(jié)果見表3。在α=0.05水平下，對理論值與驗證值的出膏率進行T檢驗，出膏率的理論值與批號1的驗證值之間差異有統(tǒng)計學意義，P<0.05，這與不同批號對應的廠家不同、質(zhì)量差異有關。所有測得的校正相對密度數(shù)據(jù)均在數(shù)學模型的95%預測區(qū)間范圍內(nèi)，驗證結(jié)果良好，符合規(guī)定，因此本數(shù)學模型可用于化痰止咳平喘藥類中藥混合煎煮湯劑的質(zhì)量控制。

表2 單味化痰止咳平喘類中藥煎煮相對密度數(shù)學模型驗證結(jié)果

序號品種名稱不在預測區(qū)的批次數(shù)量可能的原因3批次出膏率RSD/%其他原因1天竺黃241.3-2炒紫蘇子241.8含油脂3炒芥子213.7含油脂4白前2-原因不明5豬牙皂118.4-6法半夏119.0-7蜜百部125.2-8其他21種0--

3 討論

中醫(yī)認為，咳嗽是指外感或內(nèi)傷等因素，導致肺失宣肅，肺氣上逆，沖擊氣道，發(fā)出咳聲或伴咯痰為臨床特征的一種病證。歷代將有聲無痰稱為咳，有痰無聲稱為嗽，一般多為痰聲并見，難以分開，故以咳嗽并稱[7-8]。咳嗽又有外感與內(nèi)傷之別，前者病理因素為風、寒、暑、濕、燥、火，可發(fā)生風寒化熱，風熱化燥，或肺熱蒸液成痰等病理轉(zhuǎn)化。后者邪實與正虛并見，他臟及肺者，多因邪實導致正虛；肺臟自病者，多因虛致實[9-10]。筆者在本實驗所選28種中藥材來源不同藥用部位，后續(xù)處理形式多樣，針對不同病因，或祛邪利肺，或扶正補虛，皆入肺經(jīng)，均具明確的化痰止咳平喘功效。中藥的藥理作用雖然復雜，但與其所含的化學成分存在很大的相關性，煎煮又是有效成分溶出并達到平衡的過程，故功能類似的中藥煎煮必然存在一定的規(guī)律。本研究推導的數(shù)學模型在一定程度上揭示了其中存在的科學規(guī)律。

現(xiàn)代研究表明，具有化痰止咳功效的中藥多含萜類[11]、有機酸[12-13]或皂苷類[14]成分，僅此幾類成分就存在煎煮及溶出差異，加之不同中藥涉及有效成分含量差別，得到監(jiān)測相對密度數(shù)學模型，存在一定限度的波動，導致各個代表相對密度的點分布于曲線上方及下方。本研究結(jié)果個別批次校正的相對密度不在數(shù)學模型的95%預測區(qū)間預測范圍內(nèi)。這除了飲片本身的差異有關，部分果實種子類藥材因為含有油脂，影響相對密度測定結(jié)果，導致誤差較大。這種因藥用部位理化性質(zhì)不同，影響測定結(jié)果的中藥，更適合依據(jù)藥用部位劃分建模，以減少系統(tǒng)誤差。

表3 化痰止咳平喘類復方湯劑煎煮的驗證實驗結(jié)果

結(jié)果比較批號得液量/mL出膏率/%相對密度的區(qū)間預測校正的相對密度理論值-50021.6①1.003 2±0.002 2-驗證值批次1498±523.5±0.2②1.003 5±0.000 5批次2496±521.9±0.2①-1.002 5±0.000 7批次3491±622.0±0.3①1.001 4±0.000 4

①②根據(jù)t檢驗，得液量、出膏率的理論值與驗證結(jié)果值進行t檢驗，相同的數(shù)字表示在α=0.05水平下，P>0.05，說明組間差異無統(tǒng)計學意義，不同數(shù)字表示在α=0.05水平下，P<0.05，組間差異有統(tǒng)計學意義。

①②ttheoretical value and verification value of extraction rate was subjected to attest.The same letter indicated that at the level ofα=0.05,P<0.05, there was no significant difference between the groups.The different letters indicated that at the level ofα=0.05，P<0.05， there was a significant difference between the groups.

對于同種飲片而言，來源于3個廠家的飲片煎煮相對密度與出膏率存在一定的差異，這與飲片的炮制工藝、規(guī)格、含水量等諸多因素有關。正是由于中藥來源廣泛、后繼處理形式多樣，并且包含先煎、后下等多種考究之處，中藥復方湯劑的質(zhì)量控制一直是中藥現(xiàn)代化研究關的難點和熱點[15]。目前，中藥湯劑的煎煮控制主要依據(jù)2009年版《醫(yī)療機構(gòu)中藥煎藥室管理規(guī)范》，局限于醫(yī)療機構(gòu)范圍使用，尚未形成統(tǒng)一的質(zhì)量控制標準。合劑、糖漿劑、膏滋等中藥制劑主要通過測定中間體相對密度，控制產(chǎn)品質(zhì)量[16]。食品工業(yè)領域中，紅酒的質(zhì)量控制，則是采用出膏率與相對密度的線性回歸關系進行質(zhì)量控制[17]。參考這些基礎，本研究推導的相對密度或可作為中藥復方湯劑質(zhì)量控制的一個關鍵參數(shù)。在監(jiān)測時，需要適當考慮飲片差異因素，建立更符合生產(chǎn)實際的質(zhì)量標準。