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Research on compatibility chemistry of acid-alkaline pair medicines in formulas of traditional Chinese medicine

中医方剂中酸碱对药的配伍化学研究



全 文 :·综述·
中医方剂中酸碱对药的配伍化学研究
裴妙荣1,段秀俊1,裴香萍1,宣春生2,王晓英1,赵丽娜1,张淑蓉1,
刘炳辰1,王世民1
(1.山西中医学院 中药系,山西 太原 030024;
2.太原理工大学 分析测试中心,山西 太原 030024)
[摘要] 中医方剂中酸碱对药的配伍化学研究是中医方剂研究的重要领域。本研究概述了从酸、碱性成分化学类群着
手对含酸碱对药的方剂配伍作用研究的思路、方法;分析了研究结果;阐述了研究的意义;并对本领域研究做了展望。
[关键词] 酸碱对药;中医方剂化学;配伍
[收稿日期] 20090312
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30472125)
[通信作者] 裴妙荣,Tel:(0351)2272180,Fax:(0351)2272269,
Email:peimr602@163.com
  对药又称药对,系用相互依存、相互制约,以增强疗效的
2味药组方治病。对药是中医临床常用配伍方式,许多著名
方剂的组成中包含有1对甚至多对对药。历史上有关对药
的专著有《雷公药对》、《徐之才药对》和《新广药对》,可惜均
已亡佚。现代山西吕景山先生著《施今墨对药》,收编对药
370余对,分为24类,对其先师施今墨及前人经验进行了整
理[1]。20世纪末,有学者梳理和总结了《伤寒论》、《金匮要
略》等经典医著应用对药的理论、经验及其规律[15],也有人
对不同药材如牡丹皮[6]、大黄[7]、苍术[8]、川芎[9]、益母
草[10]等与其他药味组成的常用对药的临床应用情况进行了
分析探讨,说明了对药现代临床应用的普遍性。进入21世
纪,人们采用 GCMS法分析桃仁红花[1112]、桂枝羌活[13]、
荆芥防风[14]等对药,发现了对药与组成该对药的单味药成
分上的区别,从物质基础角度阐释了对药配伍的重要意义。
越皓等采用电喷雾质谱法分析附子不同对药配伍中生物碱
的成分变化[15],探索经过对药配伍降低附子毒性的机制。
指纹图谱技术也被应用于对药研究,通过单味药与对药的指
纹图谱比较来说明对药中成分的变化[16]。此外,在药效学
方面,对黄芪防风对药耐缺氧及抗氧化作用的研究[17]、黄
芪当归对药对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用的研
究[18]等都证明了这些对药配伍的合理性。由此可见,基于
对药应用的悠久历史及现代临床实践,众多学者已经采用各
种分析测试技术及药理学手段对其开展了多方位的研究,并
取得了不少卓有见地的成果。笔者立题为中医方剂中酸碱
对药的配伍化学研究是在中医药理论指导下,循单味药→对
药→方剂的路径,依化学与药效学结合的模式,从化学成分
类群着手对对药及与之相应的方剂进行研究,不仅在具体对
药研究的点上深入,还抓住含酸碱对药方剂中成分酸、碱性
的共性问题,从面上寻找规律,是对药乃至方剂化学研究的
又一新思路。
1 酸碱对药的概念及早期学者对酸碱对药的关注
1.1 概念
有相当数量的中药含有羧酸类、酚类成分,这些成分具
有不同程度的酸性,笔者把这些中药称作酸性药,如甘草、大
黄、黄芩、山楂等。当然,这里的酸性药不等于传统中药药性
理论中所讲的酸味药。还有相当数量的中药含生物碱类成
分,生物碱具有不同程度的碱性,把这些中药称作碱性药。
如麻黄、附子、黄连、黄柏等。在中医方剂中常常见到酸性药
和碱性药同处一方配伍应用的情况,且这种情况还不在少
数,如附子与甘草的配伍,仅在伤寒方中就有四逆汤、通脉四
逆汤等多首。黄芩与黄连在葛根芩连汤中、大黄与黄柏在大
黄硝石汤中的配伍等,不胜枚举。笔者将这些在同一首方中
出现的酸性药和碱性药组成的对药称作酸碱对药。
1.2 学者对酸碱对药的关注情况
虽然酸碱对药的概念为笔者现在提出,但其在实际工作
中带来的问题早在20世纪70~80年代就引起国内外学者
的关注。我国学者曾对中药煎剂两两作用产生沉淀的问题
有过研究,多数酸碱对药如黄连与黄芩[20]、附子与甘草[21]
大黄与黄连[22]、黄连与甘草[23]等共同煎煮时,其中酸性成
分和碱性成分会产生大分子复合物,这些复合物往往溶解性
极差[2123],难以被人体吸收利用[22]。有的中药复方制剂中
因含有酸碱对药,共同煎煮会使酸、碱性有效成分含量降低。
日本学者对配伍黄连的2首汉方汤剂中小檗碱型生物
碱的提取率做过试验[24],认为黄连与大黄或黄连与甘草加
入方剂时,苦味均消失,并有沉淀形成。我国学者对含酸、碱
性成分中药合煎产生沉淀,有效成分含量降低,药效作用减
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弱等有了较多关注[2528]。虽然这些研究尚缺乏条理性和系
统性,也缺乏药效研究的佐证,但也可窥见酸碱对药在方剂
中酸、碱性成分降低是一个带有普遍性的问题。
20世纪90年代笔者对四逆汤中附子、甘草的配伍作用
进行了较为系统的探讨[29],证明了在四逆汤中随着甘草剂
量的增加,乌头生物碱的含量下降,二者呈高度负相关。该
实验是将方中君药附子剂量固定,干姜和甘草的剂量取3个
水平,进行完全随机设计,组成9个不同的四逆汤配方,经过
完全平行的煎煮、分离,测定其中附子所含毒性乌头生物碱
类成分的含量,发现乌头生物碱类成分随甘草剂量的增加而
降低,并且有高度的相关性,可用1条直线回归方程表示出
来。这一对药及方剂配伍关系的数学表述模式,恰如其分地
诠释了四逆汤中“甘草缓和姜、附辛烈之性”的配伍理论。
进一步的药效实验又证明[30],在四逆汤中还不能为降低四
逆汤的毒性而一味增加甘草的剂量,单纯追求减毒会导致药
效作用的降低。为恰当把握甘草在方中的剂量,使四逆汤能
最大限度地发挥药效作用,又没有严重的毒性反应,笔者从
不同配伍的四逆汤方中找到了1个最佳药量比例的配方,对
四逆汤的临床应用给以启示,也为进一步研究方剂中酸碱对
药的配伍化学问题做了一定的铺垫。
2 中医方剂中酸碱对药配伍化学研究的方法
2.1 总体思路
抓住在方剂中出现频率较高的含酸性成分中药和碱性
成分中药同在一首方剂中配伍应用的现象,研究酸碱对药与
全方的相互关系,从酸性和碱性化学成分类群角度入手,并
结合药效学指标得出具有实际意义的研究结果。酸碱对药
的选择来源于方剂,又回归于方剂,寻找酸性药与碱性药之
间和酸碱对药与方剂之间的化学成分变化规律。在此2个
动态过程中探讨其发挥作用的物质基础问题,符合中医方剂
配伍整体性和作用整合性的特点。
本研究选择4对酸碱对药(附子甘草、大黄附子、大黄
黄柏和麻黄甘草)和相应的4首经方(由附子、干姜和甘草
组成的四逆汤;由大黄、附子和细辛组成的大黄附子汤;由大
黄、黄柏、芒硝和栀子组成的大黄硝石汤及由麻黄、杏仁、甘
草和石膏组成的麻杏甘石汤),在对各自所含酸、碱性成分结
构、性质、药效等充分了解的基础上,采用 HPLC测定了酸、
碱性单味药、对药、全方水提取及乙醇提取等不同处理的药
液及煎煮的形成沉淀物在人工胃(肠)液中的酸、碱性成分,
探明了酸碱对药两两间的相互影响以及酸碱对药对全方的
影响,揭示了酸碱对药有效成分在方剂中的变化规律。采用
X射线光电子能谱仪测定酸、碱性成分及反应产物的结合
能,利用量子化学方法计算酸碱性成分的其基态电荷分布,
推断酸、碱性成分形成大分子复合物的结构。以相应的药效
实验比较方剂化学成分变化导致的药效作用差异。对含酸
碱对药的经典方剂的组成、用法的合理性给以肯定或质疑,
建立含酸碱对药方剂的制剂基本原则。
2.2 方法
2.2.1 以水为溶媒的不同处理 对组成酸碱对药的各单味
药、对药及相应的方剂分别以水为溶媒煎煮,将部分煎液纱
布过滤,可使酸、碱性成分在煎煮时形成的大分子复合物保
留在药液中,另将部分煎液离心处理,取上清液,除去复合物
沉淀,分别测定各药液中所含酸、碱性成分提取量,比较单味
药与对药的煎煮液酸、碱性成分的提取量,可知对药共煎是
否可形成复合物沉淀,如2种药液酸、碱性成分提取量无明
显差异,说明酸性成分与碱性成分在煎煮时不形成复合物沉
淀,反之则说明有沉淀生成;比较对药与全方可知方中其他
药味是否对酸碱性成分的溶出有影响;比较对药煎煮液与煎
煮离心液中酸、碱性成分的提取量,可了解形成复合物的稳
定性,因在酸、碱性成分测定过程中,必然会用无机酸、碱性
试剂进行处理,如果复合物不稳定,就会在此过程中被分解。
2.2.2 以醇为溶媒的加热回流提取 对组成酸碱对药的各
单味药、对药及相应的方剂分别以乙醇为溶媒进行回流提
取,比较水提取液与乙醇提取液中酸、碱性成分的提取量,可
获得酸、碱性成分在不同溶媒中的溶解情况及复合物形成与
否的信息。
2.2.3 复合物结构的确认 酸碱对药中所含酸、碱性成分
共同煎煮形成大分子复合物,为不溶性物质,难以用一般的
光谱分析方法确定其结构,故采用 X射线能谱仪测定反应
物及反应产物的结合能及量子化学密度泛函理论计算静态
电荷分布的方法,以期对这些复合物有更深入的了解。
2.2.4 药效比较佐证化学测定结果 根据所研究各方的功
用主治,选择适宜的动物与指标,对不同溶媒、不同处理的药
液进行药效作用比较,对化学测定的结果予以佐证。
3 实验结果分析
3.1 酸碱对药共煎一般都会形成大分子复合物
四逆汤、大黄附子汤、大黄硝石汤均随着单味药、对药、
全方的配伍变化,检测到的生物碱类成分和有机酸、酚酸类
成分逐渐减低,可见,一般情况下,酸碱对药中所含酸、碱性
成分在煎煮过程中确实形成了复合物。附子中的生物碱与
甘草中的甘草酸、大黄中的蒽醌类成分在煎煮时均可形成复
合物,导致药液中酸、碱性成分的减损。仅麻杏甘石汤中单
味药、对药、全方麻黄碱和甘草酸提取量无明显变化,未形成
复合物,推测原因是麻黄碱分子较小,且为有机胺类生物碱
(氮原子在侧链上),不易与甘草酸形成大分子复合物,或形
成的复合物结构不稳定,极易分解为原来的酸和碱。
3.2 复合物的稳定性存在差异
在测定酸、碱性成分时,供试品溶液的制备要用无机酸、
碱处理,若沉淀不稳定,在酸碱处理时,煎煮中形成的复合物
沉淀则会在此过程中解离成原来的酸和碱,使测定值增大,
通过计算对药煎煮离心液与煎煮液中酸碱性成分的含量之
比,可以推断出所形成大分子复合物的稳定性,该比值越大
则所形成的大分子复合物越稳定,反之则越容易解离。由此
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得出3种大分子复合物的稳定性顺序为乌头碱甘草酸 >乌
头碱大黄酸>大黄酸小檗碱。可见,酸、碱性成分的相对
分子质量越大形成的分子复合物越稳定,相对分子质量越小
则越容易解离。
3.3 水煎液与乙醇提取液酸、碱性成分提取量有较大差异
含酸碱对药的方剂在用乙醇为溶媒提取时,酸、碱性成
分不会相互结合为大分子复合物,如成分具有较强亲脂性,
还会因使用乙醇为溶媒而使提取量显著增加。大黄附子汤
以乙醇提取就使生物碱提取总量增加了13倍还多,四逆汤
则增加了25倍。但对于以苷的形式存在的酸性成分和水
溶性的生物碱,因它们在水中溶解度更大,用乙醇提取反使
其提取量有所降低,大黄附子汤乙醇提取总蒽醌量为水提取
量的914%。甘草酸为皂苷类成分,在水中溶解度也较大,
四逆汤用乙醇提取甘草酸提取量仅为水煎煮的235%。大
黄硝石汤中总蒽醌乙醇提取量是水煎煮的412%,水溶性
的小檗碱乙醇提取量为水煎煮的633%。而以上3方还只
是与因酸、碱性成分形成复合物而使提取量大为减少的煎煮
液比较,如果与单药煎煮提取的药液比较,乙醇提取量的百
分比更低。
3.4 不同酸、碱性成分形成复合物的结合位点不同
采用 X射线光谱仪法测定反应物及反应产物的结合
能,用量子化学密度泛函理论计算各反应产物的基态电荷分
布情况。去乙酰乌头碱与甘草酸的结合反应去乙酰乌头碱,
分子中的N原子与甘草酸糖链上第2个葡萄糖醛酸的羧基
发生加成反应,以酯键相连;乌头碱与大黄酸的结构方式生
成荷移配合物;小檗碱与大黄酸的结合又具有特殊性,是小
檗碱环氧醚键(亚甲二氧基)开裂后形成的酚羟基进攻大黄
酸的羧基而形成酯。
3.5 全方煎煮液、煎煮离心液及乙醇回流提取液的药效作
用分析
4首方剂全方煎煮液与煎煮离心液的药效作用均未见
显著差异。麻杏甘石汤中麻黄碱与甘草酸本来就不形成复
合物,煎煮液与煎煮离心液所含成分基本无差别,药效作用
也无差别。四逆汤和大黄附子汤煎煮液中虽然保留有酸、碱
性成分形成的复合物,但它们自身难以被机体吸收利用,而
且均具有较高的稳定性,也不易被解离而利用,因此与给药
前就离心处理除去复合物的煎煮离心液药效相当。大黄硝
石汤煎煮液药效强于煎煮离心液,是由于小檗碱与大黄酸形
成的复合物稳定性较差,煎煮液给予动物后,其中保留的复
合物沉淀在胃液和肠液中可部分被解离利用,因此离心液效
果好。四逆汤与大黄附子汤乙醇回流提取液药效作用优于
水煎煮液,此2首方剂均以附子为君药,附子中主要有效成
分是亲脂性生物碱,它们均以乙醇回流的提取量高,因而药
效作用强就是自然而然的事情了。大黄硝石汤乙醇回流提
取液尽管使小檗碱提取量较多增加,却使蒽醌类成分有所下
降,药效作用仍是水煎煮液为好,由此说明大黄在此方中起
主要作用,应视为君药,黄柏为臣药。
4 中医方剂中酸碱对药配伍化学研究的意义及展望
4.1 从物质基础角度阐释中医理论
本研究从对药入手,但又回归于方剂,从物质基础上阐
释了中医药理论。如甘草与附子、大黄与附子所含酸、碱性
成分煎煮形成大分子复合物沉淀,验证了四逆汤配伍中“生
附子有大毒,与干姜同用,其性峻烈,故又用益气温中之炙甘
草为佐药,既能解毒,又能缓姜附辛烈之性”[31]及大黄附子
汤配伍中“大黄可降低附子毒性,附子可制约大黄寒性”等
理论。通过对大黄附子对药及全方中成分提取量的比较,发
现全方的提取量更低,可见细辛1味,用量虽少,作用不可低
估,既可辛温宣通,散寒止痛,佐助附子以温散脏腑之积冷,
又促进大分子复合物的形成,降低了附子的毒性,制约了大
黄的苦寒之性,为大黄附子汤增加了新的配伍意义的诠释。
大黄硝石汤是治疗热重于湿兼里实偏重黄疸病的代表
方,但未见对该方的实验研究报道,本研究对大黄硝石汤利
胆退黄药效实验表明,水提取液优于乙醇提取液,化学测试
结果是全方水提取液中蒽醌类成分与盐酸小檗碱提取量接
近;全方乙醇提取液中大黄蒽醌类成分提取量明显低于盐酸
小檗碱。鉴于此可认为大黄硝石汤中蒽醌类成分在治疗上
起着举足轻重的作用,故本方应以大黄为君,黄柏为臣。以
前未见对大黄硝石汤配伍关系的论述,这里的研究结果从化
学结合药效学角度首次论证了大黄硝石汤的君、臣配伍关
系。
4.2 指导含酸碱对药方剂的临床应用与生产开发
在中医处方中常见对特殊药味的“先煎”、“后下”、“另
炖”等医嘱,其实都是前人通过实践摸索出各药味的性质后,
为避免其有效成分的损失或增加煎出量而采取的相应措施。
在明确了含酸碱对药的方剂煎煮会导致酸、碱性有效成分煎
出量减少这样的事实,就可提醒临床医生,学习一些基本的
中药成分化学知识,在遇到酸性药与碱性药同时遣用于一方
时,也嘱咐患者“另煎”,以保证有效成分最大限度的保留,
从而提高疗效。或者临床药师们给中医师提供1个酸性药
与碱性药的清单,医生们对号入座,更来得简便些。
酸、碱性药的另煎可能给患者带来了过多的麻烦,也可
尝试以免煎颗粒代替,当然这方面还需做细致的工作。本研
究的药效实验结果表明四逆汤和大黄附子汤是醇提取液效
果好,大黄硝石汤是水提取液效果好,是由于它主要有效成
分的提取量相对较高。但只是“相对”而言,如果把这些酸
药性和碱性药按照笔者所发现的成分变化规律,分别提取处
理,应该收到更为优良的药效。笔者将继续对含酸碱对药方
剂酸、碱性药味施行单味分别处理,与合煎液和乙醇提取液
进行药效对比研究,并探索酸碱对药的最佳剂量比例,为临
床应用提供确凿的依据。以上结果同样对含酸碱对药方剂
的开发研究、生产工艺设计及节约药材资源等具有指导意
义。收载于 2005年版《中国药典》的一清颗粒[32]和鼻炎
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片[32]应该是临床疗效可靠的品种,但一清片处方中有甘草
与黄柏酸碱对药,鼻炎片处方中有大黄与黄连酸碱对药,在
制法项下二者都采用了共同煎煮的提取方法,无疑不能保证
酸、碱性成分最大限度地煎出。如果将其中的酸性药和碱性
药分开煎煮,该2个品种抑或会产生更佳的疗效。类似的问
题非常值得进一步研究。
4.3 回答长期以来人们关注的问题
长期以来,人们关注着酸碱对药合煎产生沉淀的问题,
但沉淀的难溶解性使得对其研究不好下手。本研究把主要
酸、碱性成分的标准物质相互组合模拟水煎煮,采用 X射线
光电子能谱仪测定成键原子的结合能,并利用量子化学方法
计算基态电荷分布,同时测定煎煮产生的沉淀物在人工胃
液、人工肠液中的溶解度,再结合不同处理药液酸、碱性成分
的提取量测定及相应的药效实验,推断了3种大分子复合物
乌头碱甘草酸、乌头碱大黄酸、大黄酸小檗碱的结构、反应
机制、反应条件、稳定性及被解离的难易程度、极低的生物有
效利用度等性质。
4.4 拓展古方应用
人们在对方剂进行现代研究时,所选择的多是经方、古
方,这些方剂组成严谨,配伍规整,经长期实践应用证明了其
确切的临床疗效。现今在对其进行系统研究时,往往会开拓
出新的应用领域或发现更完善的应用方法等,本研究也不例
外地对古方应用有了新的突破。笔者按照中医脾肾阳虚的
病机特点,建立了脾肾阳虚甲减的病证结合大鼠模型,首次
从下丘脑垂体靶腺轴路径研究发现四逆汤对脾肾阳虚甲
减及甲减性性功能低下的药效作用。实验结果还显示,乙醇
回流提取比水提取效果更佳。四逆汤乙醇为溶媒提取和水
煎煮所提取的成分应是前者相对亲脂性强,后者相对亲水性
强。换言之,四逆汤中相对亲脂性强的成分是治疗甲减及甲
减性性功能低下的物质基础。为经方四逆汤的现代临床拓
展新用途奠定了实验基础。并提示在开发四逆汤治疗甲减
及甲减性性功能低下新制剂时应乙醇为溶媒提取,或如4.2
所述寻求单味提取的其他方法。
对大黄附子汤治疗小鼠寒积便秘实验[33]发现大黄附子
汤生附子用量仅为制附子的1/20,就能取得与其相当的药
效,大黄附子汤生附子高剂量为低剂量(有效剂量)的 20
倍,也未表现出毒性反应。并且大黄附子汤中附子生用的小
鼠最大耐受量是人用量的202倍,远远超出了一般认为的以
耐受量为人用量100倍以上为安全的范围。此结果说明中
药单味具有个性之长,配伍组方又表现整合之力,大黄附子
汤如果应用生附子,与大黄、细辛配伍煎煮,毒性可被制约,
而其温热之性则得以彰显,这正是中医方剂配伍奥妙之所
在。中药毒性并不可怕,重要的是应合理应用毒性中药。现
行《中国药典》规定附子只能以炮制品入药[32],但如果有坚
实的实验基础,加之完善的管理办法,附子等具有较强毒性
的中药用生品,既节省药材,又保证疗效。
4.5 展望
中医方剂药味多,化学组成复杂,对其进行物质基础研
究,近些年来成为热点,许多学者期冀寻找方剂治病的“真
谛”,如以指标性成分变化探讨方剂配伍意义的研究[34],从
血清药物化学角度对复方作用物质基础的研究[35],应用指
纹图谱技术对方剂配伍有效成分或有效部位群的研
究[3638],甚至化学计量学、组合化学、系统生物学等新技术
也已被采纳[3941]。学者们见仁见智,百家争鸣。然而鲜见
具有普遍规律性的发现。酸碱对药在方剂中的配伍化学研
究,从药味所含化学成分的酸、碱性出发,对因成分酸、碱性
而导致相互作用的情况进行探讨,从单味药到对药再到方剂
研究配伍化学变化,同时结合药效学指标将研究在不同层面
展开,避免了方剂化学成分的繁杂,又循序渐进地深入,有明
确的目标,又有清晰的思路,可使整个研究工作有纲有目,牢
牢把握主线,又在具体问题上有充分的发现空间,此种研究
思路可操作性强,本身就为中医方剂化学的研究注入了生
机。
中医方剂中酸碱对药配伍化学研究,已取得了有意义的
进展,在此研究的基础上,可试想寒热对药、升降对药、表里
对药、气血对药等等,潜藏着极有意义的研究空间。结合中
医药理论,就此展开系统而深入的探索,必将在中医方剂化
学等研究领域取得更多突破。
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Researchoncompatibilitychemistryofacidalkalinepairmedicinesin
formulasoftraditionalChinesemedicine
PEIMiaorong1,DUANXiujun1,PEIXiangping1,XUANChunsheng2,WANGXiaoying1,ZHAOLina1,ZHANGShurong1,
LIUBingchen1,WANGShimin1
(1.DepartmentofChinesMateriaMedica,ShanxiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Taiyuan030024,China;
2.AnalysisandTestingCenter,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)
[Abstract] CompatibilitychemistryofacidalkalinepairmedicinesinformulasoftraditionalChinesemedicine(TCM)isanim
portantresearchfieldwhichshouldmerittopayatention.Theideasandmethodsinprescriptioncompatibilityresearchonformulas
containingalkalineacidpairmedicinesweresummarizedfromtheaspectofchemicalgroupsofalkalineandacidingredients;there
searchresultswereintroducedandanalyzed;theresearchmeaningwaselaborated;andtheexpectationofthefieldwasviewed.
[Keywords] acidalkalinepairmedicine;traditionalmedicalformulachemistry;compatibility
[责任编辑 周驰]
·3991·
第34卷第15期
2009年8月
                           
Vol.34,Issue 15
 August,2009