中醫(yī)方劑功效定性和定量研究三探

1、中醫(yī)方劑功效定性和定量研究三探【關(guān)鍵詞】 中醫(yī)方劑；方劑功效；知識(shí)挖掘在進(jìn)行中醫(yī)方劑功效定性、定量的研究中,我們分別發(fā)表了關(guān)于“藥量強(qiáng)度”計(jì)算模型研究的2篇論文1-2,介紹了方劑功效定性、定量計(jì)算的基礎(chǔ)模型,以及該模型從線性計(jì)算到非線性計(jì)算的改進(jìn),并對(duì)其有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)報(bào)道3。在此基礎(chǔ)上,為了提高方劑功效定性、定量計(jì)算的精準(zhǔn)度,我們又進(jìn)行了更深入的研究,主要研究?jī)?nèi)容包括：方劑功效的向量計(jì)算、以臨床表現(xiàn)信息為依據(jù)的方劑功效篩選計(jì)算、優(yōu)勢(shì)功效加權(quán)計(jì)算等?，F(xiàn)詳述如下。1 方劑功效的向量計(jì)算1.1 藥性向量及其貼近度計(jì)算 常用中藥有上千種,每種中藥都有自己的性(寒熱溫涼)、味(酸苦甘辛咸等)和歸經(jīng)(十

2、二經(jīng)),統(tǒng)稱(chēng)為“中藥藥性”。因此,以這些性、味、歸經(jīng)為屬性,每味中藥的獨(dú)特的藥性將表現(xiàn)為這些性、味、歸經(jīng)屬性論域上的一個(gè)N維布爾向量,該性、味、歸經(jīng)屬性為真時(shí)取值1,否則取值0。記第i種中藥的藥性向量為Ai(aik),k1,2,N,其中N為性味歸經(jīng)屬性的總個(gè)數(shù)。依據(jù)中醫(yī)典籍和臨床知識(shí)可以構(gòu)造出中藥-性味歸經(jīng)表。 我們用下式計(jì)算第i、j兩種中藥藥性的貼近程度：其中ij為第i、j兩種中藥的貼近程度；aik和bjk分別為第i、j兩種中藥的第k種性味歸經(jīng),真為1,假為0；N為兩種中藥的不同性味歸經(jīng)屬性總數(shù)。根據(jù)中藥-性味歸經(jīng)表,由(1)式可以算得任意兩兩藥物間的藥性貼近度矩陣。1.2 藥效間相互作用

3、根據(jù)中醫(yī)方劑學(xué)理論,方劑的組成具有一定的配伍結(jié)構(gòu),也就是說(shuō),方劑中各藥之間是有聯(lián)系的,且這種聯(lián)系和患者的癥狀、體征以及醫(yī)生的辨證論治思路密切相關(guān),由此形成了方劑配伍結(jié)構(gòu)的多樣性。但是,不管方劑配伍的結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜,有幾種關(guān)系是共性的,即：中藥的藥效與藥效之間的作用關(guān)系；方劑功效與所治病證之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；臨床表現(xiàn)對(duì)方劑功效的選擇關(guān)系等?；谶@樣的認(rèn)識(shí),我們分別建立了“藥效關(guān)系知識(shí)”、“證效關(guān)系知識(shí)”和“候(癥狀體征)效關(guān)系知識(shí)”,并采用“矩陣表”表達(dá)。 藥效間的相互作用是基于“藥效關(guān)系知識(shí)”提出來(lái)的?！八幮шP(guān)系知識(shí)”表達(dá)的是一個(gè)方劑中所含中藥的所有藥效之間的聯(lián)系。中醫(yī)的一個(gè)方劑由幾味、十幾味乃至幾

4、十味中藥組成,每一味中藥具有幾種或十幾種藥效,因此,一個(gè)方劑客觀地集成有數(shù)十種藥效,這些藥效相互間存在著某些相互作用的關(guān)系,從而由各味中藥的藥效綜合產(chǎn)生方劑的整體“功效”。 藥效間相互作用的方式可粗分為3類(lèi)：協(xié)同相互加強(qiáng)；抑制相互減弱；無(wú)作用相互不發(fā)生影響?？杉?xì)分為6類(lèi)：雙向協(xié)同加強(qiáng)是相互的；單項(xiàng)協(xié)同有方向性的加強(qiáng)；強(qiáng)抑制比較強(qiáng)烈的抑制；弱抑制比較弱小的抑制；同作用藥效相同；無(wú)作用相互不發(fā)生影響。 需要說(shuō)明的是,無(wú)論兩個(gè)藥效間有何種形式的聯(lián)系,都涉及到作用強(qiáng)度問(wèn)題,需要預(yù)先計(jì)算出初始的藥效強(qiáng)度量,這個(gè)初始量由“藥量強(qiáng)度”計(jì)算模型已經(jīng)完成3。1.3 藥效作用強(qiáng)度的向量合成計(jì)算藥效作用強(qiáng)度的向量合

5、成計(jì)算是在初始化藥效強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,圖1為兩個(gè)藥效e1與e2之間的作用強(qiáng)度的向量合成表示。 e1與e2向量分別表示兩味中藥的兩種藥效,其夾角由這兩味中藥的藥性貼近程度決定。e1與e2之間合成向量的方向與e1相同,它的作用強(qiáng)度在數(shù)量上是e1大小加上e2在e1向量上的投影的大小。顯然夾角越小,合成后的藥效就越大,e1與e2合成后的藥效強(qiáng)度的計(jì)算公式為： e12e1e2cos 若記cos,則上式可表示為：e12e1e2 (2) 這里的就是“1.1”項(xiàng)下兩味中藥藥性的貼近度ij。 需要指出：在計(jì)算上,一般情況下e12與e21可能是不相同的,這反映了藥效間相互作用的不對(duì)稱(chēng)性。1.4 方劑功效作用

6、強(qiáng)度的向量計(jì)算 將二藥效的相互作用類(lèi)型和作用強(qiáng)度用推理規(guī)則(知識(shí))表示,這些推理規(guī)則存放在知識(shí)庫(kù)中,用一個(gè)關(guān)系弧Ryq表示某種作用關(guān)系與相應(yīng)算法的聯(lián)系。每一種關(guān)系類(lèi)型都有相應(yīng)的藥效算法與之對(duì)應(yīng)Rqg表示對(duì)應(yīng)的算法。例如,其中“雙向協(xié)同關(guān)系”的藥效算法為：雙向協(xié)同AEiEj；A為發(fā)生雙向協(xié)同關(guān)系時(shí)藥效的算法,表達(dá)式為：EiEiEj,EjEjEi；其他各式從略。具體的算法存在算法庫(kù)中,其過(guò)程可用下式簡(jiǎn)明地表示：YioRyqoRqg ,其中,Yi表示方劑中藥物的藥效強(qiáng)度,Ryq即上文提到的藥效作用關(guān)系弧,符號(hào)“o”表示廣義的“作用綜合”；“oRqg ”表示通過(guò)計(jì)算公式A1,A2,An ,最后計(jì)算出各

7、種藥效的強(qiáng)度值。2 方劑功效聚集及計(jì)算2.1 方劑功效聚集需求的提出 通過(guò)運(yùn)用“藥量強(qiáng)度”計(jì)算模型以及上述方劑藥效作用強(qiáng)度的向量計(jì)算,我們實(shí)現(xiàn)了方劑功效定性、定量的計(jì)算,并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)其有效性也進(jìn)行了比較與評(píng)價(jià)3。然而,中醫(yī)方劑客觀上存在著一方治多證的情況,中醫(yī)稱(chēng)此為“同方異治”。于是,某一個(gè)方劑在具體使用時(shí),其具有針對(duì)性的功效是哪些？此問(wèn)題的回答引出功效聚集的需求。因此,只有在按照中醫(yī)方證相應(yīng)的理論計(jì)算得出的方劑功效定性、定量化序列基礎(chǔ)上,然后進(jìn)行聚集計(jì)算,才能挖掘出更加符合當(dāng)前病證的方劑功效。 所謂方劑功效聚集,就是以臨床表現(xiàn)信息為依據(jù),對(duì)方劑功效進(jìn)行篩選計(jì)算和加權(quán)計(jì)算。2.2 以臨床

8、表現(xiàn)信息為依據(jù)的方劑功效篩選 “臨床表現(xiàn)信息”即指當(dāng)前方劑所針對(duì)的病證的癥狀體征。癥狀體征是除了方劑組成之外的方劑相關(guān)因子中最具客觀性的因子,因此,以方劑所針對(duì)的癥狀體征為依據(jù),對(duì)方劑功效進(jìn)行篩選是合理的,并在完成第一輪方劑功效定性定量計(jì)算之后進(jìn)行。 通過(guò)方劑功效強(qiáng)度計(jì)算,一般一個(gè)方劑會(huì)有幾十種非零值的功效強(qiáng)度被排列出來(lái)。由于中醫(yī)方劑有“一方適應(yīng)多證”特點(diǎn),即使是排在首位的功效(值最大),也未必集中反映了當(dāng)前這個(gè)方劑的主治方向。因此,有必要依據(jù)癥狀體征與藥效的關(guān)系(知識(shí)),篩選出當(dāng)前方劑的有效功效,即當(dāng)前發(fā)揮作用的那些功效。 我們知道,每一功效都對(duì)應(yīng)一個(gè)相對(duì)確定的適應(yīng)癥候集(知識(shí))。對(duì)于初步算

9、得的方劑非零值的每一功效強(qiáng)度,逐一把它的適應(yīng)癥候集與方劑對(duì)應(yīng)的(患者)癥候集加以對(duì)照,如果沒(méi)有交疊,則認(rèn)為該功效為冗余,加以刪除；否則保持原功效強(qiáng)度值。 上述過(guò)程被稱(chēng)為“方劑功效篩選”,篩選后的功效強(qiáng)度更加緊湊,成為預(yù)測(cè)當(dāng)前方劑適應(yīng)證的重要依據(jù)。 試以傷寒論中“桂枝加桂湯”為例,篩選前后的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。 表1 桂枝加桂湯功效篩選前后排序比較（略） 根據(jù)“桂枝加桂湯”方義,該方主要治療由“肝氣上逆”引起的諸病,如“奔豚”等。從表1的內(nèi)容不難看出,篩選后的功效更精準(zhǔn)地反映了“桂枝加桂湯”治療“肝氣上逆證”的功能。2.3 以臨床表現(xiàn)信息為依據(jù)的方劑功效的加權(quán)計(jì)算 方劑功效篩選計(jì)算中,我們依據(jù)臨床信

10、息剔除了冗余的功效,保留了相關(guān)的功效。但保留下的功效的排序是否就完全合理呢？未必如此。這是因?yàn)?做功效篩選時(shí),每一功效的適應(yīng)癥候集雖與臨床的癥候集有交疊,但交集的大小有不同。有的功效的適應(yīng)癥候集可能只包含一兩個(gè)當(dāng)前的癥狀體征,有的則幾乎包含了當(dāng)前全部的癥狀體征。這顯示出癥狀體征對(duì)功效具有選擇性,也是一個(gè)方劑能發(fā)揮其治療作用的原因所在。為強(qiáng)調(diào)此種“選擇性”,我們提出了“方劑功效加權(quán)”概念,以突出方劑的優(yōu)勢(shì)功效。 接下來(lái)的問(wèn)題是如何確定不同功效的權(quán)重系數(shù)。顯然,如果某功效的適應(yīng)癥候集不包含當(dāng)前任何臨床癥狀體征,其權(quán)重系數(shù)為0；如果某功效的適應(yīng)癥候集包含了當(dāng)前全部臨床癥狀體征,其權(quán)重系數(shù)應(yīng)該為1(最

11、大)。所以可以用功效的適應(yīng)癥候集所包含的臨床癥狀體征的多少來(lái)確定權(quán)重系數(shù)的大小。具體的計(jì)算方法將在下一節(jié)詳細(xì)給出。 下面以傷寒論瓜蒂散中“吐風(fēng)痰”、“宣郁”功效為例,來(lái)看對(duì)方劑優(yōu)勢(shì)功效加權(quán)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。見(jiàn)表2。表2 瓜蒂散功效加權(quán)前后計(jì)算結(jié)果排序（略） 從表2可以看出,瓜蒂散的“吐風(fēng)痰”、“宣郁”作用,經(jīng)加權(quán)計(jì)算之后被強(qiáng)調(diào)出來(lái)了,這更加接近瓜蒂散的方義。3 方劑功效聚集的算法表示3.1 方劑功效的適應(yīng)癥候集和臨證癥候集的數(shù)學(xué)表示 一個(gè)方劑有多種功效,方劑功效的適應(yīng)癥候集是指每種功效對(duì)多種癥候有療效而言。我們將功效i的適應(yīng)癥候集表示為：Gizi1 ,zi2,zik,i1,170。170種功效的癥候

12、集在我們的系統(tǒng)中是用“候(癥狀體征)效關(guān)系知識(shí)表”來(lái)表達(dá)的,是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)已有的基礎(chǔ)信息之一。 我們將臨床表現(xiàn)信息提供的臨證癥候集表示為：Gpz1,z2,zl。3.2 方劑功效的癥效系數(shù) 給定功效i的適應(yīng)癥候集Gi和臨證癥候集Gp ,則稱(chēng)：為功效i關(guān)于癥候集Gp的癥效系數(shù)i 。這里為集合的交運(yùn)算,|為取集合的基數(shù)(集合所含元素個(gè)數(shù))?？梢宰C明,這里的i在0和1之間。 顯然,可以將i?0,1視為癥候?qū)λ幮нx擇的權(quán)重系數(shù)。當(dāng)功效i的適應(yīng)癥候集Gi和臨證癥候集Gp的交集為空集(不交疊)時(shí),癥效系數(shù)i為零,相當(dāng)于該功效i被篩選掉；當(dāng)功效i的適應(yīng)癥候集Gi和臨證癥候集Gp完全相同(交集就是Gp)時(shí),該功效

13、i的癥效系數(shù)i為1,其為方劑的最具優(yōu)勢(shì)的功效。其他功效將被賦予0和1之間不同的權(quán)重i 。3.3 方劑功效聚集的計(jì)算公式 方劑的功效強(qiáng)度是入方所有藥物的所有藥效的復(fù)雜綜合,設(shè)給出方劑的功效強(qiáng)度為：f(f1,f2,fn)。 在文獻(xiàn)1中我們提出了如下的計(jì)算公式： 上式中k=1,2,n。其中fki為方劑中第i味藥物的第k種功效的作用強(qiáng)度,同樣,flj為方劑中第j味藥物的第l種功效的作用強(qiáng)度；rklij為方劑中第i味藥物的第k個(gè)功效與第j味藥物的第l個(gè)功效間的相互作用系數(shù)；d為入方藥物種類(lèi)數(shù)；n為不同功效種類(lèi)數(shù)。 公式(4)中沒(méi)有考慮到方劑功效的聚集計(jì)算。為此,我們提出了新的計(jì)算公式： 公式(5)中的記

14、號(hào)規(guī)定同公式(4)。不同的是其中的i ,它是方劑功效i和方劑對(duì)應(yīng)的癥候集Gi的癥效系數(shù),可以根據(jù)公式(3)算出。4 討論 在方劑功效定性、定量的計(jì)算中,方劑功效的向量計(jì)算方法遵循了中醫(yī)方劑學(xué)理論的認(rèn)識(shí),即方劑功效不是諸多藥效的簡(jiǎn)單疊加,而是根據(jù)藥效之間存在著的復(fù)雜關(guān)聯(lián)知識(shí)的挖掘計(jì)算。藥效之間的關(guān)聯(lián)不僅具有不同的類(lèi)型,而且還有不同的強(qiáng)度,即貼近度。不同的貼近度和中藥的藥性有關(guān)。 以臨床表現(xiàn)信息為依據(jù)的方劑功效篩選計(jì)算,可以把方劑功效的個(gè)性特征更加精準(zhǔn)地表達(dá)出來(lái),為當(dāng)前方劑適應(yīng)證的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。 相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明,優(yōu)勢(shì)功效加權(quán)計(jì)算的結(jié)果更符合中醫(yī)學(xué)的認(rèn)識(shí),因而這種方法理論上具有普遍意義；同時(shí),方劑優(yōu)勢(shì)功效計(jì)算有“評(píng)價(jià)”意義,即可對(duì)方劑的各種功效以臨床表現(xiàn)為依據(jù),通過(guò)被選權(quán)重計(jì)算,對(duì)該功效是否為當(dāng)前方劑的主要功效(優(yōu)勢(shì)功效)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 對(duì)優(yōu)勢(shì)功效的加權(quán)計(jì)算的結(jié)果啟發(fā)了對(duì)方劑功效挖掘更深入的思考。例如,若能將臨床表現(xiàn)區(qū)分為主癥、次癥、伴有癥,在此基礎(chǔ)上的“加權(quán)”計(jì)算將更為合理,這也是我們進(jìn)一步研究的目標(biāo)之一。 方劑功效在被篩選的同時(shí),也提供了方劑功效釋放率