基于数据挖掘的膝骨关节炎中药外治用药规律研究

周世博 郑永智 张小燕 蒋燕君 李孟飞 田松云

摘要 目的：膝骨關节炎是临床常见病、多发病。通过收集临床外治法治疗膝骨关节炎的处方及其用药，运用数据挖掘的方法分析其用药规律，为临床中药外治治疗膝骨关节炎提供相关用药指导。方法：通过检索2011年1月至2020年3月于国家知识基础设施数据库（简称中国知网，China National Knowledge Infrastructure，CNKI） 、中国学术期刊数据库（简称万方数据库，China Science Periodical Database，CSPD） 、中文科技期刊数据库（简称维普资讯，Chinese Citation Database，CCD） 收录的关于中药熏洗治疗膝骨关节炎且具有明显治疗作用的学术论文，总结、归纳中药的性味、归经、功效及高频率用药，运用数据分析软件Excel、IBM SPSS Modeler14.1及SPSS Statistics 21.0进行药物关联规则分析和聚类分析。结果：纳入文献共涉及54个外用方，单个中药使用频率≥10的共21味。核心药物包括红花、川芎、乳香、没药、川乌、草乌、当归、伸筋草、透骨草等。以活血化瘀止痛药、祛风湿药为主;以辛、苦味、温性、平性药物为主;归经以肝、脾、心、肾为主。结论：在中药外治治疗膝骨关节炎过程中，应以辛味、温性药为主，肝脾心肾同治，强调祛风湿、止痛和活血化瘀相结合，及时缓解膝骨关节炎患者的相关临床症状，提高患者生命质量。

关键词 膝骨关节炎;中药外治;数据挖掘;用药规律;关联规则;聚类分析;IBM SPSS Modeler14.1;Apriori算法

Study on the Regularity of Traditional Chinese Medicine for External Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Data Mining

ZHOU Shibo1，ZHENG Yongzh2，ZHANG Xiaoyan3，JIANG Yanjun3，LI Mengfei1，TIAN Songyun4

（1 Henan University of Traditional Chinese Medicine，Zhengzhou 45000，China; 2 Henan Provicial Hospital of Traditional Chinese Medicine/The Second Affiliated Hospital of Henan University of Traditional Chinese Medicine，Henan Zhengzhou 450000，China; 3 Beijing University of Traditional Chinese Medicine，Beijing 100029，China; 4 Xu Changren and Orthopaedics Hospital，Xuchang 461000，China）

Abstract Objective：Knee osteoarthritis is a common clinical disease and frequently-occurring disease.To provide relevant medication guidance for clinical treatment of knee osteoarthritis by external treatment by collecting prescriptions and medications for clinical treatment of knee osteoarthritis by external treatment，using data mining methods to analyze the medication rules.Methods：Journals published on CNKI，WanFang，and VIP database from January 2011 to March 2020 on the treatment of knee osteoarthritis with Chinese medicine fumigation and washing and has a significant therapeutic effect were searched.Chinese medicine′s taste，meridian，efficacy and high frequency of medication were summarized.Data analysis software Excel，IBM SPSS Modeler 14.1 and SPSS Statistics 21.0 were used to analyze drug association rules and cluster analysis.Results：A total of 54 foreign prescriptions were involved in the included literature，with a total of 21 flavors with a single Chinese medicine used frequency ≥10.The core drugs included Carthami flos，Chuanxiong rhizoma，Olibanum，Myrrha，Aconiti Radix，Aconiti kusnezoffii Radix，Angelicae sinensis Radix，Lycopodii herba，TouGucao，etc.They were mainly activating blood to remove blood stasis and analgesics and anti-rheumatic drugs，mainly based on the medicines with spicy，bitter，warm and mild drugs; meridian was mainly based on liver，spleen，heart and kidney.Conclusion：In the treatment of knee osteoarthritis with external treatment of Chinese medicine，it should be based on pungent and warm medicine，the liver，spleen，heart and kidney should be treated at the same time.We emphasized the combination of dispelling rheumatism，relieving pain，and promoting blood circulation to relieve the related clinical symptoms of knee osteoarthritis patients and improve the quality of life of patients.

Keywords Knee osteoarthritis; External treatment of traditional Chinese medicine; Data mining; Medication rules; Association rules; Cluster Analysis; IBM SPSS Modeler14.1; Apriori algorithm

中图分类号：R274.3;R274.9文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.04.018

随着现代经济和社会的发展，骨科疾病的关注重点逐渐由创伤性疾病转变为退行性疾病，特别是膝骨关节炎。膝关节作为人体最大的负重关节，往往承受着数倍于体质量的力量，随着生活节奏的加快以及不适当的运动方式，膝骨关节炎逐渐成为临床常见病、多发病，据相关数据统计，膝骨关节炎在世界发生率为3.8%，而在我国的发病率也呈逐年增长的趋势[1]。其主要临床表现为疼痛、活动受限，已经严重影响人们的生活[2-3]。国内外关于治疗膝骨关节炎的治疗指南中，非甾体抗炎药是首要选择，严重者可以使用中强效止痛药进行辅助治疗，但是长期服用此類药物容易引起消化道的不良反应，如溃疡、穿孔等，因其不良反应较多，如何选择一种治疗效果好且不良反应相对较少的治疗方法已经成为一种需求。近年来，国家大力扶持中医药事业的发展，中药外治法以其非侵入性的治疗方式、不良反应较少的特点，逐渐得到临床医师及人民群众的认可[4-5]。在中医学中，膝骨关节炎属于“痹病”“膝痹病”范畴，在证候分型方面，朱立国等[6]通过收集相关资料发现，症候分型受地区和调查工具不同的影响，诊断标准出处的不同，其症候分型亦有所差异。结合这种情况，谭旭仪等[7]通过分析相关文献，认为膝骨关节炎的发病应该从瘀、虚、毒三方面考虑，瘀包括因虚致瘀、外伤致瘀、因痰致瘀;虚包括脾虚、肝虚和肾虚;毒包括外毒和内毒，三者相互影响，较为全面地总结了膝骨关节炎的发病机制，临床治疗从这三方面入手，能够取得较为满意的治疗效果，为临床治疗膝骨关节炎提供了一定的指导。但是部分患者拒绝服用中药，这就给中药的普及以及其优势的发挥带来了不确定性。在此背景下，本研究旨在通过数据挖掘技术，分析膝骨关节炎中药外治用药规律，为临床治疗提供一定的指导。

1 资料与方法

1.1 文献来源 专业检索国家知识基础设施数据库（简称中国知网，China National Knowledge Infrastructure，CNKI） 、中国学术期刊数据库（简称万方数据库，China Science Periodical Database，CSPD） 、中文科技期刊数据库（简称维普资讯，Chinese Citation Database，CCD） ，时间范围为2011年1月至2020年3月的全部期刊。

1.2 检索策略 以膝骨关节炎、中药治疗为关键词，文献来源为“全部期刊”。

1.3 纳入标准 1）药物为中药且为外用;2）对于膝骨关节炎具有明显的治疗作用;3）中药数据完整，无“等”字。

1.4 排除标准 1）文献中明确是动物或细胞实验;2）中药外用方式为离子导入或穴位灌注治疗;3）中药处方为临床经验方或者医院协定方。

1.5 数据分析 参照2015版《中华人民共和国药典》[8]第一部对中药进行药物性味及归经统计，参照《中药学》[9]对纳入中药进行药物功效分类，综合运用Excel、IBM SPSS Modeler14.1软件及IBM SPSS Statistics 21.0统计软件对药物进行关联性分析和聚类分析。

2 结果

2.1 文献检索与纳入 共检索到988篇文献，最终纳入54篇文献，涉及54首外用方剂。

2.2 用药频率及药物功效分析 54首外用方剂中，共涉及128味中药，128味中药共出现692频次，其中单个药物出现频率≥10次的中药共21味，占总药味数的17.18%;21味中药出现387频次，占总频次的55.92%。将以上21味中药列为高频率用药。21味高频率用药中，共涉及5种药物类别，包括活血化瘀药、祛风湿药、解表药、补虚药以及止血药，以活血化瘀药、祛风湿药为主。见表1、图1a、图1b。

2.3 高频中药药味统计 参照《中药学》[9]教材对高频中药药味进行归纳、统计和分析，使用相关图表表示，结果显示：高频中药以辛味、苦味为主，分别占比39%和35%，其次为甘味，占比17%。见图2a、图2b。

2.4 高频中药药性统计 参照《中药学》[9]教材对高频中药的药性进行统计分析。高频中药以温性为主，占比67%，其次为平性，占比24%。见图3a、图3b。

2.5 高频中药归经统计 参照《中药学》[9]教材对高频中药的归经进行统计、分析，若一味中药有多个归经，则全部统计在内，结果显示，药物归经以肝经、脾经、肾经和心经为主。见图4a、4b。

2.6 药物关联性规则分析 使用IBM SPSS Modeler14.1，采用Apriori算法对高频药物进行关联性分析，设置最低支持度为15%，最低置信度为90%，最大前项数为5，表示为“后项→前项”。见表2，图5。

2.7 高频药物聚类分析

使用IBM SPSS Statistics 21.0统计软件对频数≥10的高频药物进行聚类分析，依据聚类分析图可知共分为3类药物，分别为类1：乳香、没药、红花、威灵仙、川乌、草乌、川芎、牛膝;类2：桂枝、鸡血藤、当归、羌活、独活、防风、木瓜、川牛膝;类3：苏木、艾叶、伸筋草、透骨草、海桐皮。见图6。

2.7.1 药物功效分析 药物功效分析参照下文高频药物聚类分析。

2.7.2 药物性味分析 根据上述结果可知，高频中药中药性以温性、平性为主，药味以辛味、苦味为主。寒者热之，温性药物能够缓解或减轻寒证;辛能行、能散，即辛味药能够行气、行血、发散，苦能泄、能燥，即能够通泄大便、燥湿。风寒湿是“膝痹病”发生的重要因素，在治疗过程中，以温性、辛味、苦味药为主，祛湿、散寒和化瘀的有机结合是治疗膝关节炎即“膝痹病”的要点所在。

2.7.3 药物归经分析 高频药物的归经以肝经、脾经、肾经和心经为主。肝藏血，主筋，《黄帝内经》中有云：“膝者，筋之府，屈伸不能，行则偻附，筋将惫矣。”若肝失所养，则筋失所养，故而关节屈伸不利，活动受限。肾藏精主骨生髓，肾气充盈，则骨骼强壮;肾气衰退，髓海失养则骨枯;且肝肾同治寓肝肾同源之意。心主血脉，主持全身血液和脉管，故心气充足则全身血液有序运行;脾主统血、主运化，化生气血以濡养全身，营养五脏六腑，充盈四肢百骸、筋骨皮毛，故脾气充足则筋骨强健，关节滑利;脾气不足，则后天无所营养，肌肉萎缩，筋骨不坚，发为本病。肾为先天之本，脾为后天之本，脾肾同治，寓先后天相互滋生之意。因此，治疗本病着重强调从肝经、肾经、心经和脾经论治，即肝肾同治，心脾共调，先天、后天同治。

2.7.4 高频药物关联性分析 通过关联规则发现，置信度为100%的药物组合分别是草乌→川芎-川乌、透骨草→海桐皮-伸筋草、乳香→川乌-没药、乳香→草乌-没药、没药→草乌-乳香、乳香→桂枝-没药、没药→桂枝-乳香;置信度≥90%的药对包括：透骨草-威灵仙-伸筋草等。见表2与图5。

通过观察可以发现，在置信度为100%的药物组合中，乳香、没药、乌头类药物出现的频率及相互组合的概率较高，同时配有其他药物如怀牛膝等，寓意止痛、祛风湿。在置信度为90%～100%的区间中，除乳香、没药外，可以发现出现较高频率还有伸筋草、透骨草、红花、当归、川芎等。结合网络分析图和高频药物频率表，提示这些药物可能为膝骨关节炎中药外治的核心药物。乳香、没药、川乌、草乌等为止痛的核心药物，重在减轻患者疼痛感;而红花、当归、川芎则为活血的主要药物，寓通则不痛及或治风先治血，血行风自灭之意。伸筋草、透骨草则寓通利关节之意，上述药物合用，切合膝骨关节炎疼痛、活动受限等主要临床表现。因此，在治疗过程中，除应用祛风湿药物之外，更要重视止痛、舒筋活络化瘀药物的使用。

2.7.5 高频药物聚类分析

2.7.5.1 类1包括乳香、没药、红花、威灵仙、川乌、草乌、川芎、牛膝等 《中药学》[9]教材将上述药物分属为若干个章节。其中乳香、没药、红花、川芎、牛膝属于活血化瘀止痛药，具有较好的化瘀止痛作用，尤其是乳香、没药[10]，常以药对形式出现。二者味皆辛、苦，合用具有非常明显的止痛作用。诚如《本草纲目》所言：乳香行血，没药散血，皆能止痛、消肿，每每相兼为用。《医学衷中参西录》說道：二者相兼为用……流通经络之要药……肢体关节诸痛皆能治之。川乌、草乌及威灵仙属于祛风寒湿药，同样具有明显的止痛作用，是祛风湿、止痹痛的要药。川乌源于毛茛科植物乌头的干燥母根、草乌源于同科北乌头的干燥块根，二者均属于乌头类药物[11]，现代药理学研究表明，其所蕴涵的草乌甲素、高乌甲素及乌头碱等具有明显的止痛作用，在临床上应用于膝骨关节炎等慢性疼痛性疾病，镇痛效果十分显著[12]。虽然乌头类药物有较强的心血管和神经系统毒性[13-15]，但是根据相关文献可以得知，在治疗过程中并未发生心、肝、肾障碍等严重不良事件，关于乌头类药物外用引起其他不良反应也鲜有报道[16-17]。相关工作者通过分析、研究临床报道得知，乌头类中药与活血化瘀止痛类药物联用能起到1+1>2的作用，止痛作用更好，更快地缓解患者的临床症状[18]。

2.7.5.2 类2包括木瓜、独活、防风、羌活、桂枝、当归、鸡血藤、川牛膝 根据《中药学》此类药物主要归属于祛风湿药、解表药以及活血补血药。在上述论述中已经叙述到，风、寒、湿在“膝痹病”的发生过程中占据着重要的地位。因此在“膝痹病”的治疗倡导祛风、除湿、散寒三者有机结合。《本草纲目》[19]中记载木瓜：主治湿痹脚气……结合《中华人民共和国药典》，现主要用于湿痹拘挛，腰膝关节酸重疼痛等症。独活属于祛风湿药，羌活属解表散寒药，二者常以药对的形式出现，属中药中的相使用法。二者均可祛风胜湿，羌活善祛在表、在上之风湿，独活善祛在里、在下之风湿，二者合用，善通络止痛、祛一身内外之风湿[20]。风为百病之长，常兼它邪而致病，使用防风、桂枝等解表药，与祛风湿药物相结合，既祛外风，又祛内风，相辅相成。鸡血藤、川牛膝属于活血祛瘀药，当归属于补血药。《妇人良方大全》[21]中论述到：治风先治血，血行风自灭。气血调和则内风不得生，外风不得入。补血、活血、凉血等皆属于治血之义，通过治血达到气血调和之目的。因此，此类药物在祛风湿的基础上重视治血，起到“治风先治血，血行风自灭”之意。

2.7.5.3 类3包括伸筋草、透骨草、海桐皮、苏木、艾叶 伸筋草、透骨草及海桐皮属于祛风湿类药物，而伸筋草等的舒筋活络作用优于其祛风湿的作用。现代医学研究认为，此3味药主要作用在于舒筋活络，通利关节，兼能祛风湿，可用于缓解因痹症所引发的关节屈伸不利、筋脉拘急不易屈伸等症状[22-24]。苏木、艾叶属于活血化瘀类药物，同时与上述药物合用，一则舒筋、二可活络，并可祛风湿，相互为用，共同缓解其不适症状。

3 小结

在中医学的记载中并未提及“膝骨关节炎”这一病名，根据其临床表现，将其归纳为“膝痹病”。对于“膝痹病”的病因病机，早在《黄帝内经》中就有所记载：“风寒湿三气杂至，合而为痹也……。”形象的说明了“痹证”的病因病机，认为，风、寒、湿三者在“痹证”的发生过程中有着重要的作用。同样，除了外来邪气，自身身体功能的减退亦是“膝痹病”发生的重要原因。上述已经就“虚、瘀、毒”是“膝痹病”发生的关键因素做过论述[6]，在此不再赘述。

我们通过对纳入文献进行初步的规整总结，运用数据挖掘的方法，对治疗膝骨关节炎的外用中药进行总结，分析其药性、药味及归经，并通过药物关联性分析和聚类分析，初步总结其用药规律，可以得出如下结论。1）在膝骨关节炎中药外用治疗过程中，以祛风湿、止痛、活血化瘀为主。风寒湿是膝骨关节炎的主要致病因素，在治疗过程中除使用祛风湿药之外，可以使用祛风散寒的解表药，既祛内风，又祛外风，如羌活、独活;“痛”是膝骨关节炎的主要临床表现之一，常选用既可祛风湿、活血化瘀，又有良好止痛作用的药物，达到一药多用的目的，如乳香、没药、川乌、草乌等;倡导强调活血化瘀类药物的使用，通则不痛;通过以上方法可及时缓解患者临床症状。2）以辛味、温性药物为主。辛能行、能散，温可祛寒，使用此类药物切合病因病机，祛风、散寒、除湿有机结合，相得益彰。3）肝肾同治，心脾共调，先天、后天同治。肾为先天之本，主骨生髓，脾为后天之本，心主血脉，肝主筋藏血。在治疗过程中，从肝论治则筋强、关节滑利，从肾论治则骨骼强壮，从脾论治则后天有所养，从心论治则血液运行顺畅;如此则筋骨坚强，疾病可去。将该理念始终贯穿于膝骨关节炎的治疗过程中，在临床实践中不断升华。4）使用舒筋类药物。“膝为筋之府”，筋舒则关节滑利，关节滑利则活动自如。

中医药是我国的一大瑰宝，以其显著的临床疗效和较少的不良反应流传至今。我们应该在临床中加以探索，运用现代科学技术和数据统计分析方法，总结归纳优秀医务工作者的临床经验，将更多行之有效的方法运用于各种疾病的治疗中，进一步将中医医学发扬光大。

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（2020-04-15收稿 责任编辑：苍宁）