摘要:中药炮制是中医用药的一大特色和优势,是保证中药饮片质量和临床疗效的重要环节。对中药材进行有效炮制,可降低药物毒副作用,增强药物疗效,保证用药安全。但中药成分复杂,其在炮制过程中会发生复杂的化学变化,这正是导致中药炮制前后性味功能改变的重要原因。如何揭示这些复杂化学成分变化,阐明中药药效物质基础,是中药炮制研究的重点和难点。化学计量学作为一门以数学和计算机技术为基础的新兴交叉学科,可将多变量的分析方法引入化学研究,而化学模式识别作为化学计量学的重要组成部分,已成为中药物质基础研究的重要手段,并在炮制研究中广泛应用。针对化学模式识别在筛选炮制工艺、检测中药炮制前后药效物质成分变化,涉及药性改变、减毒增效、引药归经等方面的应用进行论述,并初步探讨化学模式识别应用于中药炮制研究中所存在的问题及发展前景。
炮制用药是中医用药的一大特色和优势,是以中医药理论为指导,依据制剂要求、药物自身性质、临床应用疗效而逐步形成的一门独特的制药技术。中药炮制分为净制、切制、炮炙等系列步骤与过程,其中,炮炙中的炒制、酒制、蒸制、醋制等处理过程,是中药中化学成分发生复杂量变和质变的过程,这一过程涉及酶、中间产物、外加条件等众多因素,经过炮制后以达到减毒增效、改变药性、引药归经的目的。因此,探究中药炮制前后物质成分变化实质及规律,是科学阐明中药炮制原理、正确掌握中药炮制加工工艺的基础关键。
化学计量学(chemometrics)又称化学统计学,是以数学、统计学、计算机科学与化学结合而形成的化学分支学科,其最重要的特征是将多变量的分析方法引入化学研究中,对化学量测数据进行多元处理与解析,创建与优化各种化学模型,并从复杂的化学量测数据中最大限度地提取有关物质系统成分、结构及其他相关信息[1]。主要研究方法包括采样理论(如计量检验、计数检验)与数据处理(如回归与相关分析、方差分析)、实验设计和优化方法(如正交试验、响应面法)、多元校正和多元分辨(如线性与非线性校正、重叠信号的去积)[2]、化学模式识别(如有监督模式识别、无监督模式识别)、人工智能及专家系统等[3]。其中,优化实验设计法中的正交试验法和响应面法在多因素、多水平工艺参数的优化、筛选中取得了较好的成果,在中药炮制条件优化研究中较为常用。
而化学模式识别作为化学计量学的重要组成部分,其是将原始数据集中差异性信息提取并分类的化学计量学手段,已在中药炮制研究中广泛应用。多组分、多途径、多靶点的作用模式是中药防病治病的特色优势,中药成分复杂多样,而复方配伍用药更加大了成分的复杂性,为此,在探究中药药效物质基础,尤其是探究炮制原理等科学问题中引入化学模式识别,则可有效解决传统化学方法难以解决的“成分变化-功能变化”间相互动态关联等难点问题[4]。近几年,随着学科间的交叉融合,也为阐明中药炮制原理等科学问题,将化学模式识别融入中药炮制的研究报道也不断出现,为系统理解这一应用意义,本文对国内、外相关文献进行系统调研,就化学模式识别在中药炮制研究方面的应用进行综述,以期为中药炮制研究提供一定借鉴参考。
图1为总结的化学模式识别在中药炮制应用上的基本模式。
1化学模式识别
化学模式识别按照有无训练可划分为无监督模式识别和有监督模式识别方法。两者的本质区别在于是否对实验样本所属的类别进行预先分类[5]。在无样本类别信息的情况下,根据数据本身属性而获取样本类别信息的方法,即为无监督模式识别,如聚类分析(clusteranalysis,CA)、主成分分析(principal