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探讨基于谱效关系的中药质量评价的物元分析新方法
何毓敏 ,张长城 ,袁 　丁 3
(三峡大学医学院 ,湖北 宜昌 　443002)
摘 　要 :通过分析现行中药质量控制模式的局限性 ,引入“价值工程”中为产品评价提供的简便实用的物元分析数
学模型 ,以中药材为例简述基于谱效关系建立中药质量评价物元模型的研究方法。提出的中药质量控制与评价的
新模式 ,首先以中药“谱2效”关系的研究结果作为合理评价中药质量的主要依据 ,以物元模型来分析和评价中药的
质量 ,提供了相对合理的计算方法。构建符合中药特点的质量控制新模式 ,以期为保证中药安全性、有效性和质量
稳定性 ,促进中药现代化发展提供新的科学对策和技术支持。
关键词 :中药 ;质量控制与评价 ;谱效关系 ;物元分析
中图分类号 :R932 ;R927111 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :025322670 (2009) 0821182204
Approach to matter2element analysis method for quality evaluation of Chinese materia medica
based on spectrum2activity relationship
H E Yu2min , ZHAN G Chang2cheng , YUAN Ding
(College of Medical Science , China Three Gorges University , Yichang 443002 , China)
Abstract : To propose a new pat tern for quality cont rol and evaluation of Chinese materia medica
( CMM)1 The limitation of quality cont rol pat tern for CMM was investigated and a new method for quality
evaluation has been explored and designed , combining with the int roduction on the conception of mat ter2
element evaluation model and it s application to p roduct quality evaluation in value engineering , as well as
the research survey on t he spect rum2activity relationship of CMM1 The new met hod for quality evaluation
referred to t he result s of research concerning t he spect rum2activity relationship of CMM1 Taking t he quali2
ty grade , quality index , and chemical composition of CMM as matter2element s , t he evaluated grades and
tested data were normalized to establish t he mat ter2element model1 With t he establishment of t he improved
quality cont rol met hod , which is in accordance wit h t he basic characteristics of CMM , it is expected t hat
the safety , efficiency , and quality stability of CMM could be ensured and a new scientific research st rategy
and technological support could be provided to promote the modernization of CMM1
Key words : Chinese materia medica ( CMM) ; quality cont rol and evaluation ; spect rum2activity rela2
tionship ; mat ter2element analysis
　　中药的质量控制与评价是制约中药现代化发展
的关键问题之一 ,也一直是中医药研究的难点和热
点[ 1 ] 。现行中药质量控制的基本模式是借鉴化学药
品控制的模式建立的 ,理化鉴别和个别指标成分检
测是其主要内容。近来兴起的中药化学指纹图谱技
术在中药注射剂中得到了较为广泛的应用 ,但其与
中药安全性与有效性关联的意义有待商榷 ,其重复
性和代表性等问题尚需深入研究。因此 ,需要再审
视和明确中药质量控制和评价的目标与策略 ,探寻
制定一套完整严格且适合中药特点的质量控制的模
式与方法。近些年来 ,国内研究工作者尝试采用各
种方法致力于中药质量控制方法研究 ,并提出许多
有意义的观点[2～8 ] 。笔者认为 ,中药质量控制应考
虑既要能克服中药产品质量评价简单粗放的模式 ,
揭示其与中药药效、毒性和中医临床疗效之间的关
联性 ,并能用于定量化综合评价 ,又兼顾模式技术本
·2811· 中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs 　第 40 卷第 8 期 2009 年 8 月
3 收稿日期 :2009201223　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (30873383)
作者简介 :何毓敏 (1980 —) ,男 ,浙江湖州人 ,讲师 ,硕士 ,目前主要研究方向为中草药药效物质及质量评价研究。　
Tel : (0717) 6396818 　E2mail :hym0811 @1631com3 通讯作者　袁　丁　Tel : (0717) 6397501 　E2mail :yxyyd @ctgu. edu. cn
身的可操作性及其评价结果的重复性 ,还可考虑实
施中药产品质量分级评价。在此 ,尝试引入“价值工
程”中为产品评价提供的简便实用的物元分析数学
模型来解析中药产品的质量 ,构建基于中药化学成
分谱效关系研究的中药质量控制与评价模式 ,供同
仁们商榷参考。
1 　基本思路
中药是一个复杂体系 ,影响其质量的因素极为
复杂多样。中药所含化学成分是其特定药效作用的
物质基础 ,因而对于产生药效的特定化学成分的检
验成为全面评价中药质量的关键。以“中药谱效
学”[9 ,10 ]作为中药质量控制标准的重要依据 ,是基于
将中药指纹图谱中化学成分的变化与中药药效结果
联系起来 ,研究它们的相关关系 ,找出与药效活性相
关的药效成分群[11 ] ,从而建立中药产品与其疗效基
本一致的反映产品内在质量的质量评价体系。通过
对药效成分的分析 ,能够达到控制和评价中药质量
的目的。由于直接对其中某一个或某几个药效成分
进行测定难以做到全面评价中药的质量 ,而对所有
药效成分进行测定 ,所取得的数据可能是大量的 ,其
中每一个数据又有其明确的独立含义 (如代表特定
药效的成分的量 ,毒性成分的量) ,把未经综合的大
量数据集中在一起 ,反而令中药质量评价变得无所
适从。只有把这些数据编织成一个完整的、具有功
效概念的“中药组分库”,由此给出综合的定量描述 ,
才能给中药的现代研究提供有用的综合信息 ,这就
需要建立中药质量的综合评价模式。另外 ,中药材
质量是多因素的综合结果 ,其质量优劣界限存在模
糊性 ,因而 ,在中药质量综合评价中 ,需要一个明确
的数量概念来反映其优劣程度 ;如果是在中药质量
分级评价中 ,又要求这个数量指标能恰当地反映中
药质量分级的固有模糊性和由中药质量变化的连续
性。如能把描述中药材质量的多个特征及其相应的
量值 ,与中药材质量等级本身 3 者结合起来统一考
虑 ,通过“中药组分库”差别以综合评定其质量 ,评定
结果以定量形式描述 ,并能体现各个质量等级之间
内部的变化特征 ,就能较好地克服现有中药材质量
评价方法之不足。由我国学者蔡文所提出的物元分
析理论导出的产品质量的评定模型 ,是把描述产品
质量的特征 ( c) 及其相应的量值 ( v) ,与产品质量
( N ) 3 者结合起来统一考虑 ,并以该产品质量从属
于某质量等级的关联度在{ - ∞, + ∞}区间的连续
取值 ,作出定量描述。它结合模糊数学和贴近度概
念 ,对产品质量的描述更为准确 ,并且可采用常规
化学成分分析数据对产品质量进行综合评定 ,简便
易行。
下面以中药材为例简述基于谱效关系建立中药
质量评价物元模型的研究方法 (图 1) 。
图 1 　中药质量评价物元模型研究的思路
Fig11 　Approach to matter2element analysis model for quality evaluation of CMM
2 　研究方法
211 　中药材谱效学研究方法 :一般从多维联用技术
分析、药效检测和信息处理 3 个方面入手 ,获取中药
材化学指纹图谱和药效的数据结果 ,通过线性或非
线性数学处理 ,建立“谱2效”数学模型 ,从而确定出
与药效相关的化合物群 ,并用于质量评价。这个过
程可以简单归纳为“谱”、“效”的信息获取、信息处理
和信息报告 3 个步骤。
21111 　信息获取 :借助于色谱和波谱等技术形成能
够表征中药材复杂化学成分的种类和数量的色谱
(或光谱) 图 ,并以量化的数据描述 (如 H PL C 指纹
图谱的保留时间、色谱峰的高度和峰面积等) 。药效
数据的获得可以来源于对研究药材功效主治的药理
研究和 (或)临床研究的结果。重要的是筛选确定能
够反映其药效 ,并具备准确、易测等特点的药效学指
标。由于中药材往往具有多种功效 ,实际临床应用
·3811·中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs 　第 40 卷第 8 期 2009 年 8 月
亦各有侧重 ,所以在确定药效学指标时不一定是与
研究对象的功效完全相关。笔者认为可以考虑从中
药材的基本功效和主要临床适应症中筛选药效学指
标 ,获取的数据应当具有生物统计学意义。
21112 　信息处理 :上述信息的理想结果是能够充分
表达中药材内在药性品质内涵 ,并可将有关信息进
行数理特征分析 ,分析结果在一定范围能够出现较
强的规律性 ,符合一定的数学模式。目前对于中药
材指纹图谱与其效应之间关系的数学模型未见报
道 ,但两者的相关性研究已有文献报道 ,主要采用相
关分析 ( correlation analysis) [ 12 ,13 ] 、回归分析 ( re2
gression analysis) [13 ,14 ] 、模糊数学分析 (f uzzy mat h2
ematical analysis) [ 15 ] 、神经网络分析 ( neural net2
work analysis) [16 ]以及主成分分析 (p rimary conpo2
nent analysis) [12 ]等数学方法寻找两者的相关性。
21113 　信息报告 :通过对中药材“谱2效”关系的研
究 ,将标示物质群特征峰的指纹图谱与药效结果对
应起来 ,建立起有实际意义的“谱2效”关系学 ,以此
作为合理评价中药材质量的依据。对此可以结合植
物化学分离、鉴定技术 ,阐明其相关程度足够高的物
质的化学结构 ,将其作为质控指标 ,制定“有限成分
组合质量标准”[2 ] ;考虑药效物质成分分离的难度 ,
直接构建中药材的“药效组分指纹图谱”[17 ] ,应用于
中药材的质量评价。
另外 ,中药材质量是多因素的综合结果 ,包括栽
培、采收、加工、贮藏等诸多因素 ,都会影响中药药效
的发挥 ,也就影响中药的质量 ,尤其需要考虑中药材
中的农药、重金属残留和污染对药材质量的影响 ,需
要将其放入评价体系中整体考察。
212 　质量评价物元模型研究方法
21211 　基本概念 :在物元理论中 ,将所描述的事物
( M) 及其特征 ( C) 和关于特征的量值 ( x) 3 者结合起
来的有序三元组 R = ( M , C , x) 作为描述事物的基
本元 ,称为物元 ,且把 M、C、x 称为物元 R 的 3 要
素。如果 M 用 n 个特征 C1 , C2 , ⋯, Cn 及相应的量
值 x 1 , x2 , ⋯, x n 来表示 ,则称 R 为 n 维物元。由物
元理论导出的中药材质量评定模型属于多维物元模
型 , M 代表中药材质量 ,以药效成分 ,毒性成分 ,甚
至重金属、农残等描述其质量的依据作为特征 C ,而
以相应的量数值作为量值 x。根据临床积累的数据
资料和试验数据 ,从总体上把作为研究对象的中药
材的质量水平划分为若干等级。在已知各等级关于
药效成分、毒性成分等质量指标的适宜数据范
围 ———节域 (可由数据库给出或由专家评审确定)
后 ,即可将待评价中药材样品的分析数据代入到各
等级集合中 ,利用可拓集合关联函数进行多指标 (多
特征参数)评定。
21212 　算法步骤
(1) 建立中药材对象物元矩阵 :确定经典域 :设
有 m 个质量评价等级 M 01 , M02 , ⋯, M0 m ,建立相应
的物元 : R0 j ( j = 1 ,2 , ⋯, m) ,见式 (1) 。
R0 j = ( M0 j , Ci , x0 ji ) =
M0 j , C1 , x0 j1
C2 , x0 j2
… …
Cn , x0 jn
=
M0 j , C1 , < a0 j1 , b0 j1 >
C2 , < a0 j2 , b0 j2 >
… …
Cn , < a0 jn , b0 jn >
(1)
　　式中 M0 j表示所划分的 j 个质量等级 , Ci ( i = 1 ,
2 , ⋯, n) 表示质量等级 M0 j的特征 ; x0 ji表示 M 0 j关于
C i所规定的量值范围 ,即经典域 x0 ji = [ a0 ji , b0 ji ]。
在此 , Ci可以包涵影响药材质量的所有因素 ,一般可
选择药效成分、毒性成分、重金属、农残、其他污染物
等易检验的具有“量”特征的指标 ,以增加可操作性
和适应性。x0 ji则表示其具体量值 ,如已知药效化合
物的量 ,或是指纹图谱中药效成分的峰面积值。
确定节域 :根据经典域 ,构造其节域。建立物
元 : R P = R0 j ,见式 (2) 。
R P = ( P , Ci , x Pi ) =
P , C1 , x P1
C2 , x P2
… …
Cn , x Pn
=
P , C1 , < aP1 , bP1 >
C2 , < aP2 , bP2 >
… …
Cn , < aPn , bPn >
(2)
　　式中 P 表示质量等级的全体 , x Pi 为 P 关于 C i
所取的量值范围 ,即节域 x Pi = [ aPi , bPi ]。确定待评
中药材物元 :设待评对象为 P0 ,其所检测的数据或
分析结果用物元 R0表示 ,称为待评物元 ,见式 (3) 。
R0 = ( P0 , Ci , x i ) =
P0 , C1 , x1
C2 , x2
… …
Cn , x n
(3)
　　其中 , x i为 P0 关于 Ci的量值 ,即待评中药材检
测所得的具体数据。
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(2)确定待评中药关于各等级的关联度 :由关联函
数的定义 ,给出待评对象物元域的关联度 ,见式(4) 。
Kj ( x i ) = ρ( x i , x0 ji )ρ( x i , x P0 j ) - ρ( x i , x0 ji ) (4)
对每个特征 Ci ,取 ai为权系数 ,令
Kj ( P0 ) = Σ
n
i = 1
ai K j ( x i ) (5)
称 Kj ( P0 ) 为待评中药 P0关于等级 j 的关联度。其
中 ,“距”用式 (6) 和式 (7) 计算。
ρ( x i , x0 ji ) = x i - 12 ( a0 ji + b0 ji ) -
1
2 ( b0 ji -
a0 ji ) (6)
ρ( x i , x P0 j ) = x i - 12 ( aP0 j + bP0 j ) -
1
2 ( bP0 j -
aP0 j ) (7)
(3) 质量等级评定 :若 Kj0 = m a x K j ( P0 ) , j ∈
{ 1 ,2 , ⋯, m} ,则评定 P0属于等级 j0 ,若对一切 j ,满
足 Kj ( R0 ) ≤0 ,表示 P0的质量等级已不在所划分的
各质量等级之内 ,可能属于伪品或劣品 ,应重新评定
或舍去。
21213 　指标权重 :物元分析法在计算关联度时 ,需
要确定权重 (即式 5 中的权系数 ai ) ,应将多种确定
权重的方法[8 ,18～20 ] ,如将依据传统经验的定权重和
依据评价标准而定的灰色聚类权等做比较 ,在实践
反馈中取得合理的权系数 ,从而为全面衡量某中药
材品质的优劣提供一个更加有效的尺度。
3 　可行性与实用性
物元分析是一门介于数学与科学实验之间的新
科学 ,是专门研究处理矛盾问题的思维模式。影响
中药质量的复杂因素和现有中药质量评价模式的局
限性是一对矛盾 ,利用物元分析可构建产品多指标
性能参数的质量评定模型 ,以定量数值表示评定结
果 ,能较完整地反映产品质量的综合水平 ,因而能够
将其引入中药质量评价的研究。基于上述观点 ,本
文提出以物元模型来分析和评价中药的质量 ,提出
了相对合理的试验和计算方法。其中 ,在构建基于
中药谱效关系研究的中药质量控制与评价模式的各
个步骤中所采用的化学、药理学、数学分析等技术手
段均有成熟的方法 ,不存在技术上的障碍 ,在方法学
上是可行的。在实际应用时 ,根据中药谱效关系的
研究结果 ,可以选择药效成分的量 (或色谱图中的峰
面积) ,结合毒性成分、重金属的量等常规化学成分
分析数据对其质量进行综合评定 ,且评定的算法简
单 ,可将其设计成专用程度 ,容易在计算机上实现快
速运行和规范化评定 ,具有较强的实用性。
目前 ,笔者以竹节参、珠子参为代表 ,正在研究
并构建基于中药化学成分谱效关系研究的中药质量
控制与评价模式 ,相关研究结果将陆续报道。
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