相同品质中药的系统理论判别方法

邹华彬

(山东大学化学与化工学院，济南，250100)

从整个中药体系言之，中药的品质既决定品种特性，也决定质量优劣。中药的品质是决定中医临床治疗成败的关键基础。目前关于中药品质多是从药材品种及其外观性状等方面进行研究［1-3］，或是依据某些主观决定指标，如一种或几种成分含量作为中药的品质标准［4-7］。由于中药在治疗不同疾病时的药效不同，因此目前的方法缺乏理论依据，无法严谨有效地实施中药品质的评价。

生物的品质，包括中药的品质，作者认为应科学分成2个层次，其一，个体品质概念，即某个样本与某类样本具有相同的品质，这可称为个体鉴别，这是原始经典的鉴别模式。其二，群体样本品质鉴别的概念，即哪些样本具有相同的品质。由于生物变异的随机波动性、多向性、非对称性，与某个中药相同品质的中药，与另一个同类中药样品品质可能具有显著的差异。而一般意义上中药的品质应是一个整体或群体概念，是以多批次、多厂家生产的同类具有长期稳定疗效的中药，或是以不同年份、多产地生产的同类具有长期稳定疗效的中药材为准则。因此，中药同品质研究，必须基于个体品质层次进行群体样本品质层次的严格客观判别。如同现代物理学、化学，中医药学科要变成一门中医药科学，必须建立系统完善的数理描述理论。一个好的数理理论的标志是，它能够精确预测体系的性质。

笔者长期致力于生物学数理理论研究，并从博士研究期间将其应用于中药鉴别及质量评价理论方法学研究，从纯数理理论的角度，独立提出并建立了系列理论模型，多维指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析法［8］，指纹图谱不变量分析法［9］，双指标等级序列个性化模式识别法［10-11］，既可利用指纹图谱峰位定性信息又可利用峰强度、峰面积连续变量信息精确分类鉴别生物复杂体系。作者进一步建立了描述生物体系共有信息及变异信息的理论方法:双指标信息理论方程［12］，综合反映一个生物体系共有遗传与变异规律。上述系列分析方法，皆不需任何经验参量，只依据实验测量量及生物数据本身的规律特性，达到对生物系统的精确聚分类。由于生物的品质取决于其内在共有遗传与变异因素，因此双指标信息理论方程亦可作为生物体系品质的一个定量描述方程。对此方程进行理论分析，可以做出这样的理论预测:当任意2个生物体系的相似度Pg≥61%，2个生物体系具有相同的品质，以此为标准建立个体样品特征序列。在此基础上，本文建立了中药群体样本同品质的优化判别标准:样本群体最大有效样本数法。根据上述系统理论方法，确定优化的群体样品特征序列，实现相同品质中药群体的系统理论判别。另一方面，引入与目标样本群体组成非常近似的中药样本一起进行分析，可以构建严格的边界条件，使相同品质中药群体的判别更严谨。该理论方法基于生物体系内禀本质特征信息而不是人为规定的标准判别相同品质的中药，一般情况下，也是具有相同药效的中药，这也为中药药效的理论判别提供了一种理论工具。利用该系统理论方法对3种中药复方的27个样品的原药粉末红外指纹图谱进行分析，确定每个样品的特征序列，并进行品质模式识别。结果表明，3种复方的准确判别率为100%。另外，同一品种中药品质可存在重要差异，这就要求在中药临床应用及中药药理研究中，必须对中药的品质进行严格的判别，相同品质中药的判别理论方法研究具有重要的理论意义及应用价值。

1 生物体系品质的理论标准

1.1 个体样本同品质理论标准 根据生物体系的双指标信息理论方程-生物遗传与变异信息理论方程［5］。任意2个样品或任意样品2个不同演化阶段的遗传与变异信息量为，

对于双指标信息量方程(1)，存在着极大值信息量。获得最大信息量时，考虑2种情况:1)样品A，B对称变异，Pa=Pb，共有峰率为 Pg=61.0%。2)样品 A，B 极端非对称变异，Pa≠0，Pb=0，共有峰率为69.5%。2个样品的共有峰率越高，相似性越大，品质越相似。因此，根据上述双指标信息理论方程的极值分析，当2个样品的共有峰率在 Pg=61.00% ～100%之间，二者性质具有较高的相似性，他们的品质没有发生显著变化。定义Pg≥61%为任意2个生物体系具有相同品质的定量理论判据，即个体生物样本相同品质理论标准，作为个体中药样本的品质鉴别标准。

1.2 群体样本相同同品质的理论判别方法 由于生物系统的随机变化波动性、明显的非对称性，使得任意2个同品种样本A、B的同品质样品集，可以有显著的差异，理论上讲，二者既可以完全重叠，也可以完全不相交，这体现了个体同品质样品的变化性。而中药的品质，本质上是一个整体、群体概念，是以多批次、多厂家生产的同类具有长期稳定相同疗效的中药(复方、中药材)为准则。因此，必须对同类中药群体样本进行整体的同品质判别。本研究新建立了群体特征序列最大有效样本数法，可以实现中药群体样本的整体同品质判别。

Y:群体特征序列最大有效样本数;Nci:第i个样本的核心特征序列中的样本数;Nri:第i个样本的关联序列中的样本数;M:群体样本总数。在理想的状态下，Ymax=，N2j:第j类样品中的样品数。如有2类样品class A，含有5个样品，class B，含有10个样品，二者皆无关联序列。在理想情况下，class A的每个样品皆由class A的5个样品组成，没有关联序列样品，故class A的群体特征样本序列共有5×5-0=25个样品数，同理，class B中的10个样品的群体特征序列无关联序列，共有10×10-0=100个样品。2类样品的Ymax==25+100=125。若2类样品特征序列有交叠，则Y≦Ymax。0＜Y≦Ymax。Y反映了群体分类中有效分类程度，Y越大，越接近Ymax，说明品质聚分类越清晰，关联序列中的样本数越少，核心特征序列中的样本数越多，越接近理想聚分类，该理论方法的具体应用见本研究的具体数据分析。

通过对生物遗传与变异信息理论方程分析可知，当x≦Pg≦100%，x=58% ～64%的范围内，信息量值I处在最大值范围，变化不显著。因此可以在此范围内变化Pg，以获得最大Y，实现不同品质的中药样本群体的最佳聚分类。

2 资料与方法

2.1 实验资料 美国NICOLET-5700-FT-IR傅立叶变换红外光谱仪(光谱范围4 000～400 cm-1，分辨率0.09 cm-1);高速粉碎机，压片机，分析天平。

溴化钾(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。明目地黄丸、知柏地黄丸及麦味地黄丸(皆为水丸或浓缩丸)样品如下。

明目地黄丸:S1～S15。

黄山天目药业有限公司:S1～S3(批号:060526)，S4，S5(061127)，河南宛西制药股份有限公司:S6～S7(060507)，S8～S10(051002)，S11，S12(060403)，S13 ～S15(060403)。

教师在实际教学过程中应当加强对学生观察能力的培养，使学生带着目的性对数学理论知识和题目进行分析，对于观察过程中存在的问题，教师在分析过后要让学生进行自我总结，发现自身不足，及时优化整改。针对数学逻辑性较强的特征，笔者在教学过程中利用多媒体技术和相关教具向学生进行具象展示，使学生能够形象生动的对几何图形等知识进行充分理解，有效优化抽象知识，学生在对几何图形进行直观感受后，能够充分发挥自身的想象力，教师也能够利用学生的思维特点进行教学模式的改变，有效进行知识拓展。教师还要转变教学评价方法，对学生的学习过程和日常表现进行综合客观评价，让学生能够发现自身的不足，使学生各项能力得到有效提升。

麦味地黄丸:S16，S17。

河南宛西制药股份有限公司:S16，S17(060103)。

知柏地黄丸:S18～S27。

湖北端药药业有限公司:S18(050801)，S19，S20(051101)，安徽华佗国药厂:S21(20060101)，北京同仁堂科技有限公司:S22，S23(6030426)，河南宛西制药股份有限公司:S24(060304)，S25～S27，湖北清大药业:S25(051002)，S26，S27(060501)。

2.2 实验方法 中药样品粉碎，过80目筛，60℃烘干2 h。将制备粉末低温冷冻保存。KBr压片法测试其指纹图谱。每个样品平行测量指纹图谱6次，即每个样品的红外指纹图谱峰波数是6次测量的平均值。红外指纹图谱以约25 cm-1平滑处理，灵敏度分别是 60、70、80。

3 重复性实验和稳定性实验

样品S2平行测量6次，任意4次测量指纹图谱中每个吸收峰波数的平均值构成组合指纹图谱。他们之间的最低共有峰率为93%，说明具有优良的重复性。原药粉末在0～4℃下保存，具有良好的稳定性。

4 指纹图谱测定与实验数据分析

4.1 指纹图谱测定 根据实验条件，测试三类27个中药复方明目地黄丸、麦味地黄丸及知柏地黄丸原药粉末的红外指纹图谱，见图1。

图1 明目地黄丸、知柏地黄丸和麦味地黄丸原药粉末红外指纹图谱叠加图

由图1可见，三类地黄丸原药粉末的红外指纹图谱非常相似，极难凭观察直观鉴别他们。说明他们品质的相似性。必须用数理分析方法对其指纹图谱数据进行分析，以得到严谨精确的品质鉴别结果。

4.2 实验数据分析 采用文献［13］的方法，确定每个样品的组合指纹图谱峰及27个样品的共有峰及变异峰。以任一样品为标准，计算其他样品与该样品的共有峰率，再根据生物体系品质的理论标准，确定与该样品共有峰率Pg≥61.00%的样品，组成该样品的初级特征序列，用此方法可得所有其他样品的初级特征序列。初级特征序列，作为个体样本鉴别的标准，即该样品具有与特征序列样品相同的品质。

根据群体特征序列最大有效样本数法，在x≤Pg≤100%，x=58% ～64%优化Pg，得到群体整体的优化特征序列。不同灵敏度下的优化结果见表1。

表1 不同灵敏度及P g下的最大有效样品数Y max

通过对实验测量的指纹图谱数据进行详细分析，可以发现评判这3类中药相同品质的标准可以确定为Pg≥x，x=59% ～61%。

在上述相似尺度下，明目地黄丸、知柏地黄丸、麦味地黄丸3类中药皆可得到准确分类，正确识别率100%，但比较上述相似尺度的有效样品数，可以发现，3种灵敏度下，Pg≥x，x=59%的范围内，总有效样品数基本稳定，最大变化198-190=8，而Pg≥x，x=58%时，即Pg≥61-3=58%，有效样品数发生显著变化201-186=15，结果不稳定。由此可以得到一个合理的尺度Pg≥x，x=59% ～63%，同时可以看出不同灵敏度及Pg尺度情况下，有效样品数也不相同。但Pg≥x，x=59% ～63%适用于广泛的信息量状态，可以作为一个判别同品质中药的通用标准。另一方面，信息量适当高，如指纹图谱具有较多的指纹峰是保证最佳判别的基础。每个样品的特征序列由与其品质相同的样品组成。“60、70、80”3个灵敏度下皆可对3种中药精确分类，由上述结果可知，80灵敏度下中药群体的品质聚分类结果最优。

3种药品的27个样品的特征序列:

明目地黄丸:

a.S1:(S1)S2 S3 S4 S5 S26:表示样品S1的特征序列;b.表示S1是自身的最相似样品;每个样品皆属于自身的最相似样品，在数学上构成一个完备的表示;c.(S1)S2 S3 S4 S5，表示是S1的核心特征序列;d.S26表示S26是S1的关联序列。其他样品的序列表示意义相同。

根据27个样品的特征序列，可以清晰看出，除S1，S2，S4，S26，S27五个样品的特征序列中含有1～3个其他类样品，即关联序列外，其他22个样品不含有关联序列。明目地黄丸的特征序列由S1～S15组成;麦味地黄丸的特征序列由S16，S17组成;知柏地黄丸的特征序列S18～S27组成。由每种样品的特征序列中的样品构成近完全相互独立的样品集合，显示3种地黄丸的品质具有显著的差异。根据每类样品与特征序列最相近的样品，可知S1～S5的这部分样品主要是明目地黄丸S6～S15，由此可以证明S1～S5与S6～S15，性质相近，同属于明目地黄丸，同样，S23，S24双指标序列中最接近特征序列的样品皆是知柏地黄丸，证明S23，S24属于知柏地黄丸。另一方面，S1～S5与S6～S15的特征序列有显著不同，说明黄山天目药业有限公司与河南宛西制药股份有限公司生产的明目地黄丸品质差异显著。北京同仁堂科技有限公司S22，S23与其他厂家的知柏地黄丸品质有极显著的差异。本研究建立的相同品质中药的系统理论判别方法，可以对不同品质的中药进行精确判别。

5 结论

本研究提出了相同品质中药的系统理论判别概念，建立了一种基于生物体系近全信息的相同品质生物群体的理论判别方法。该法不依赖于任何关于样本的经验知识或学习方法，完全基于生物体内存在的内禀特征信息，对中药的品质判别既具有严谨的理论基础，又具有完全的客观性及高的精确性。突破了传统的完全基于经验及学习或主观的品质判别方法，是中药数理基础理论发展的崭新开端。同时，提出的个体样本及群体样本品质鉴别2种概念，澄清了目前中药鉴别及质量评价研究领域概念模糊不清的问题及需要解决的问题，为深入理论及实验研究提供了一个坚实的基础。该理论方法基于生物体系内禀本质特征信息而不是人为规定的标准判别相同品质的中药，一般情况下，也是具有相同药效的中药，这也为中药药效的理论分析判别提供了一种可能的理论工具。采用相同品质中药群体的系统理论判别方法，对3类27个组成非常相近的中药复方的实验研究表明，可以从品质的角度精确鉴别不同品质的中药。这也证明中药生物复杂体系的某些特性完全可以进行精确的定量理论预测，达到物理学、化学科学的境界。

本文的研究提供了一种严格判别相同品质中药的理论方法，同时也为理论研究中药药效开拓了一种可行的新途径。

致谢:本研究论文中的部分原始数据采自作者2006级硕士研究生张新玲的毕业论文。

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