基于数据挖掘方法研究挥发油透皮促渗作用与中药药性间的关联性

总结出来的用药规律，是指导中医临床用药的重要依据，本文在文献研究的基础上，借助于数据挖掘，力求探讨中药挥发油的透皮促渗性能与中药四气、五味、归经等基本药性的相关性，为中药挥发油作为PE的合理应用提供参考。

1文献研究

对中药挥发油透皮促渗的中文文献（截止到2014年6月）进行了系统整理，发现共有34种挥发油有透皮促渗的报道，其中21种挥发油有透皮促渗2种以上成分的报道，本文以某种中药挥发油被报道的透皮促渗成分的数量来表征其透皮促渗效果。

文献报道能够充当PE的中药挥发油有薄荷油、辛夷油、细辛油、荆芥油、防风油、羌活油、松节油、藿香油、苍术油、砂仁油、豆蔻油、草豆蔻油、草果油、干姜油、肉桂油、吴茱萸油、小茴香油、八角茴香油、丁香油、高良姜油、花椒油、荜澄茄油、陈皮油、木香油、沉香油、香附油、艾叶油、川芎油、莪术油、石菖蒲油、当归油、益智仁油、肉豆蔻油、蛇床子油，共计34种。

2直观分析

2.1频数分析 传统的中药分类方法主要按功效分类，有11类中药的挥发油有透皮促渗报道，见表1，可见以温里药挥发油透皮促渗报道最多，其次是解表药和化湿药。从药材来源分析，共涉及14科，见表2，以姜科最多，其次是伞形科和芸香科。

根据药性中的五味（辛、苦、甘、酸、咸）分析见表3，每1味中药中都有辛味，其中12种中药还有苦味，其中只有4种中药含甘味，均不含酸或咸味。根据药性中的四气（寒、热、温、凉）分析见表4，可见以温最多，其次为热，凉只有1种（薄荷）。根据归经分析见表5，34种药材中归脾经为最多，占26%，其次为胃经、肾经、肝经、肺经等。

2.2单一因素透皮促渗效果 主要分析来源中药药性与中药挥发油的透皮促渗效果的关系。

五味与促渗效果散点图见图1，辛味的促渗效果较好，而酸味、咸味都没有促渗效果，此外，甘味虽然品种少，但效果比苦味好。

四气与促渗效果散点图见图2，寒无促渗效果，而温效果强烈，凉由于只有薄荷1种药材没有普遍性，热虽然品种少，但效果优于大部分温性中药挥发油。

归经与促渗效果散点图见图3，归三焦经、心包经、胆经、大肠经的中药挥发油几乎没有促渗效果，而归肺经、肝经、脾经、肾经、胃经的促渗效果好。

3关联分析

3.1四气与五味 四气与五味的联合交叉计数图见表6。温和辛的组合最多，其次为温与苦、热和辛的组合，其余组合很少，空白处则表示没有组合匹配。

将每1种组合的促渗效果采取均值。计算公式如下，其中Aik表示四气寒热温凉每一气取值的集合，Bjk表示五味辛苦甘酸咸每一味取值集合，Cij表示药材中同时含有四气五味中某2种组合，Cij=Sij表示同时含有四气五味中某2种组合的集合个数，Cij→Vp表示同时含有四气五味中某2种组合中所对应的促渗效果，ij表示同时含有四气五味中某2种组合中所对应的促渗效果的均值，见表7。

将每1种组合的促渗效果采取均值。计算公式如下，其中Aik表示四气寒热温凉每一气取值的集合，Bjk表示五味辛苦甘酸咸每一味取值集合，Cij表示药材中同时含有四气五味中某2种组合，Cij=Sij表示同时含有四气五味中某2种组合的集合个数，Cij→Vp表示同时含有四气五味中某2种组合中所对应的促渗效果，ij表示同时含有四气五味中某2种组合中所对应的促渗效果的均值，见表7。

3.3五味与归经 同样根据交叉数据集的方法得出表10，11。辛味与脾经的组合最多，甘味+肾经、甘味+心经组合促渗效果最好。

4数学建模

4.1变量压缩法 借助于数学建模的方法研究挥发油透皮促渗效果与来源中药四气、五味和归经之间的关系。因原始数据中含3种药性，每种药性又分别含有4，5，11个变量。即四气含有4个变量（寒、热、温、凉）；五味中含有5个变量（辛、苦、甘、酸、咸）；而归经含有11个变量（肝、脾、肺、胃、肾、膀胱、大肠、胆、心、心包、三焦）。首先减少变量，将四气、五味、归经中的变量减少，选用计算机二进制和十进制算法，给每种药性里的变量赋予权重，就按药性把34个样本（中药）分类，计算公式如下。

归经=肝+2×脾+4×肺+8×胃+16×肾+32×膀胱+64×三焦经+128×大肠+256×胆+512×心+1024×心包经

五味=10 000×辛+1 000×苦+100×甘+10×酸+咸

四气=1 000×寒+100×热+10×温+凉

得到代号见表12。

因为观测数据已经事先取定，不能符合正交设计或者均匀设计的条件，为此采用变量压缩法，把变量压缩成3个（五味，四气，归经），变量取值分别是4，4，26个，可见34种中药按药性不同，在五味、四气和归经方面分别有4，4，26个不同水平，其值分别是五味（10000，10100，11000，11100），四气（0，1，10，100），归经（0，3，5，6，10，12，14，17，18，19，22，26，27，30，35，48，58，67，138，458，515，520，531，532，542，1281）。

4.2一般线性模型 由于观测数据不符合实验设计的要求（完全性，均衡性），一般方差分析方不能使用，为此采用“一般线性模型”[67]做方差分析并做各个水平的最小二乘估计。计算所得结果见表13。可见五味对于渗透效果影响不大（P=0.698 2），而四气和归经对于渗透效果影响很显著（P=0.011，0.077），四气的影响尤其大。五味四气的渗透效果估计值见表14。

可见五味中代号为11000所对应的中药挥发油促渗效果最好，即羌活油、松节油、苍术油、吴茱萸油、陈皮油、木香油、沉香油、艾叶油、莪术油、石菖蒲油、蛇床子油；10000对应的中药挥发油促渗效果最差。四气中代号1的中药挥发油对应的促渗效果最好，即薄荷油；代号10对应的中药挥发油促渗效果最差。

归经的渗透效果估计值见表15。

可见归经中代号17的中药挥发油（松节油）对应的促渗效果最好；代号18对应的中药挥发油（益智仁油）促渗效果最差。

以上结果需要注意，四气中凉性只有薄荷1种中药有促渗效果，平性也只有香附，因此这2种药性对于透皮促渗效果的预测不具有普遍意义。

根据一般线性模型的拟合结果，带有辛+苦或辛+甘味，热性，归肝、肾经或脾、肺、胃、肾经的中药挥发油具有较好的透皮促渗效果，最接近这一特征的可能是肉桂油。

5讨论

5.1应用的数学方法 频数分析具有直观性，能明显地从数据的集中趋势和分散程度2个侧面去分析其规律性，但缺点也很明显，对数据的利用仅仅停留在表面上。关联分析又称关联挖掘，是一种简单、实用的分析技术，就是发现存在于大量数据集中的关联性或相关性，从而描述了一个事物中某些属性同时出现的规律和模式，本文采用交叉数据表分析出四气、五味、归经两两之间对促渗效果的影响。数学建模法是对数据较深入的挖掘，通过对已有数据建立模型，分析其规律。由于影响促渗效果的因子较多，必须将变量进行压缩，五味，四气，归经，变量取值分别是4，4，26个，正常采用方差分析，但是观测数据不符合完全性和均衡性，故采用“一般线性模型”做方差分析并做各个水平的最小二乘估计[8]，通过建立“一般线性模型”并预测四气、五味、归经各个因子的促渗效果。根据数学建模分析问题的步骤，由于数据量有限，应该对分析结果进行验证，这是本文后续实验要着重进行的工作。

5.2对于中药挥发油透皮促渗剂研究的意义 中药与天然药物的最大不同在于有中医药理论的指导。中医药理论是在2 000多年的临床实践中建立起来的祖国传统医学体系的基础与核心。在研究中药挥发油时，必须要注重中医药理论尤其是中药药性理论的指导作用[5]。

根据数据挖掘的结果，可见在中药基本药性中，寒热温凉四气对中药挥发油透皮促渗效果影响最大，除薄荷油（凉性）以外，其他所有具有透皮促渗效果的挥发油都来自具有温或热性中药，并以温性为主。但热性中药挥发油的透皮促渗效果要优于温性中药挥发油。

本文中搜集的能充当PE的挥发油均来自辛味药材。辛，能散能行，具有发散、行气行血的作用。辛味药多用于治疗表证及气血阻滞之证，因此有可能作用于皮肤，辛入肺，肺在体合皮，其华在毛。此外，某些同时具有甘味或苦味的辛味中药所含挥发油也具有良好的透皮促渗效果，一般同时具有温性，总体的药性属阳。因此，未来开发中药挥发油作为PE时，应考虑采用属阳的中药。

一般线性模型的研究结果表明，五味对中药挥发油透皮促渗效果影响不大，这可能是与五味中的变量比较少有关。归经的变量较多，同一中药可以归于多个不同脏腑经络，如木香同时归脾、胃、大肠、胆、三焦经。文献分析和数据挖掘的结果表明，归肺经、肝经、脾经、肾经、胃经的中药挥发油透皮促渗效果相对较好，说明以作用于五脏为主，五脏主化生和贮藏精气，提示中药挥发油在透皮促渗的同时也可以发挥全身作用。

此外，药性理论还能够指导中药挥发油促渗治疗疾病的合理应用。例如对于寒凝血瘀型痛经治疗，可以考虑采用热性的肉桂油作为PE，起到“寒者热之”、“疗寒以热药”的治疗效果。

本文的结果从传统中药药性角度出发，对于中药挥发油透皮促渗剂的选用具有一定的指导意义。

5.3展望 本文的研究结果主要来源于文献研究，其不足之处在于：第一，透皮促渗能力的表征采用促渗对象个数表示，还不够客观；第二，各种挥发油的化学成分报道差别很大，无法进行进一步的“化学成分促渗效果”关联分析；第三，个别文献可信度不高。因此，在本文研究的基础上，本课题组正在开展实证性研究，选择有2种以上促渗对象效果报道的21种中药挥发油，购置药材，开展挥发油的提取、成分分析、对水溶性和脂溶性模型药物的透皮促渗效果、皮肤细胞毒性、对角质层结构的影响等研究内容，力求在同一个研究平台上开展系统研究，获取数据，应用本文建立的数学模型再次进行分析。

[参考文献]

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[2] 李扬，王阳，刘科攀.中药挥发油作为透皮吸收促进剂的研究进展[J]. 药物评价研究，2011，34（6）：474.

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[4] Schmitt A S， Schaefer U F， Doebler L， et al. Cooperative interaction of monoterpenes and phenylpropanoids on the in vitro human skin permeation of complex composed essential oils [J]. Planta Med， 2009，75： 1381.

[5] 陈军，刘培，蒋秋冬，等.中药挥发油作为透皮吸收促进剂的现状与展望[J]. 中草药，2014，45（24）：3651.

[6] 吴令云，吴家祺，吴诚鸥，等.MINITAB软件入门[M]. 北京：高等教育出版社，2012.

[7] 王松桂，陈敏，陈立萍.线性统计模型[M]. 北京：高等教育出版社，1999.

[8] 乔治·H邓特曼.广义线性模型[M]. 上海：上海人民出版社，2011.

[责任编辑 孔晶晶]

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