基于AHP-CRITIC混合加权法和星点设计-效应面法的荆防活血乳膏处方优化研究

化晓凯，陈丽静，刘启萍，张丛惠，苏 酩，鹿 岩*

（1. 山东中医药大学第二附属医院 药学部，山东 济南 250001；2. 山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014；3. 山东省中医药研究院，山东 济南 250014）

中药外敷是中医治疗创伤的传统重要方法，早在《五十二病方》、《刘涓子鬼遗方》等著作中即有记载[1]，也广泛流行于民间。中医学认为，跌仆损伤后，致筋伤骨断，经络受损，血离经脉，瘀滞于肌腠，致血瘀气滞。《素问·阴阳应象大论》云：“气伤痛，形伤肿”[2]，损伤后经脉受阻，气机不畅，血瘀气滞，发为肿痛；而瘀久化热，致营卫不和，故临床治疗应以活血化瘀，行气止痛，祛风通络，调和营卫为原则。荆防活血方为我院临床应用多年的经验协定方，由荆芥、防风、透骨草、艾叶、红花、五加皮、川椒等药物组成，用于脚腕扭伤，软组织挫伤等闭合性伤口，有祛风通络，活血止痛，透疹止痒等功效。因其为外用洗剂，存在煎煮麻烦，药液停留于患处的作用时间相对较短等不足，基于此，拟将其开发为水包油（O/W）型外用乳膏剂，以利携带和使用。

研究人员对该处方前期进行了大量的预试验。在此基础上，本研究拟通过层次分析法-基于指标相关性的权重确定方法（AHP-CRITIC）混合加权法及星点设计（central composite design，CCD）-效应面优化法筛选对荆防活血乳膏处方影响最大的3个因素：硬脂酸、混合乳化剂（平平加与三乙醇胺按质量比1:1混合）、甘油的用量，优化荆防活血乳膏制备最佳制备工艺，以期为该制剂后续全面深入的研究和开发提供参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

KD-TBC型精密电子天平（福州科迪电子技术有限公司）；电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）；RE-5299旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）；800型离心沉淀器（上海手术器械厂）；电热鼓风干燥箱（天津宏诺仪器有限公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市孝义合众仪器供应站）。

1.2 药品与试剂

荆芥（ 亳州市中药饮片厂， 批号：2105019031）；防风（亳州市中药饮片厂，批号：2101018108）；珍珠透骨草（山东百味堂中药饮片有限公司，批号：210901）；艾叶（河北一禾药业有限公司，批号：201101）；红花（亳州市中药饮片厂，批号：2104014013）；五加皮（河北蔺氏盛泰药业有限公司，批号：2101011908）；川椒（山东百味堂中药饮片有限公司，批号：201201）；冰片（山东百味堂中药饮片有限公司，批号：201208），单硬脂酸甘油酯（湖南尔康制药股份有限公司，批号：105620210301）；白凡士林（南昌白云药业有限公司，批号：20190706）；二甲基硅油（成都华邑药用辅料制造有限责任公司，批号：20190902）；硬脂酸（湖南尔康制药股份有限公司，批号：101820190902）；甘油（湖南尔康制药股份有限公司，批号：000120181003）；三乙醇胺（江西阿尔法高科药业有限公司，批号：20190503）；平平加O-25（江苏省海安石油化工厂，批号：20190709）；苯甲酸钠（湖北葛店人福药用辅料有限责任公司，批号：F305C180602）；水为超纯水。

2 方法

2.1 荆防活血乳膏制备工艺

按协定处方中的量称取中药饮片荆芥、防风、透骨草、艾叶、红花、五加皮、川椒3份，分别加8倍量的水，浸泡0.5 h，煎煮两次，每次1 h，滤出两次煎煮药液，合并、浓缩后转移至蒸发皿中，65 ℃下烘干水分，平行测定后计算得该中药组方的平均出膏量为14.93 g/剂，留取干膏备用。分别取油相（硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、白凡士林、二甲硅油、苯甲酸钠、冰片）和水相（甘油、中药浓缩干膏、超纯水、三乙醇胺、平平加）适量，分别置于2个烧杯中，加热至69 ℃时，将水相倒入油相中搅拌乳化，冷却至室温，即得乳膏（每100 g乳膏约含主药10 g）。

2.2 处方样品评分方法

经查阅相关文献[3-8]，参考预试验结果，选定荆防活血乳膏的离心稳定性、涂抹分散性、耐热稳定性为评价指标，对工艺处方进行考察。

2.2.1 离心稳定性 取适量样品，置于10 ml离心管中，以4000 r/min离心30 min，观察其油水分离、膏体变色情况。油水分层，膏体变色明显为1～3分；油水分层，膏体变色不明显为4～7分；无油水分层，膏体不变色为7～10分。

2.2.2 耐热稳定性 取适量样品，置于45 ℃烘箱中烘烤6 h，观察乳膏是否有分层及融化现象。若融化分层，则记为5分；若不融化、不分层，则记为10分。

2.2.3 涂抹分散性 取适量样品，涂抹于手部皮肤，观察是否能迅速涂抹均匀、分散性良好。易涂抹，无油腻感、分散性好为7～10分；易涂抹，油腻感明显为4～7分；不易涂抹，泛油腻膜，油腻感明显为1～3分。

2.3 星点设计-效应面试验优选荆防活血乳膏处方

在预试验的基础上（乳膏评价指标通常还需同时考虑耐寒稳定性，但前期预试验表明，荆防活血乳膏在耐寒试验中稳定性良好，故本研究中不再对其考察），以离心稳定性、涂抹分散性、耐热稳定性为评价指标，选取对荆防活血乳膏制备工艺影响显著的3个因素为自变量（其余辅料定量，最终制得乳膏的载药量为10 %），即硬脂酸用量（X1）、甘油用量（X2）、混合乳化剂（平平加与三乙醇胺按质量比1:1混合）用量（X3）。根据星点设计要求，每个因素设置5个水平，从低到高依次用-a、-1、0、+1、+a表示，在三因素设计中a=1.682。各因素和水平见表1，试验安排与结果见表2。

表1 星点设计因素与水平

表2 星点设计-效应面试验安排及结果（n=3）

2.4 指标权重的建立

2.4.1 层次分析法 层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是一种基于对同一层元素做两两比较的多准则决策方法[9]，它可将定性与定量相结合，把人的主观判断用数量形式表达和处理，提高了决策的有效性和可靠性[10-11]。由5位不同研究人员对“离心稳定性”、“耐热稳定性”、“涂抹分散性”3个指标的重要性进行打分，构建优先判断矩阵（见表3）。对矩阵进行归一化处理，得到各指标的权重系数依次为0.5197，0.3033，0.1770，最大特征根（λ）为3.0024，一致性指标CI=（λ-n）/（n-1）=0.0012，由矩阵阶数3查表得随机一致性指标（RI）为0.58，一致性比率CR=CI/RI=0.0020<0.1，矩阵通过一致性检验，各评价指标的权重系数有效。

表3 荆防活血乳膏成对比较的优先判断矩阵

2.4.2 CRITIC法 CRITIC（criteria importance though intercrieria correlation）法是一种以评价指标之间的对比强度和冲突性为基础的客观权重赋权方法[12]。先对试验所得的指标结果利用极差标准化法消除单位量纲，公式为（实测值-最小值）/（最大值-最小值）×100，用SPSS 20.0得到相关系数矩阵A，计算对比强度（σj），冲突性（Rj），综合权重（Cj）与权重（Wj），结果见表4。

表4 荆防活血乳膏相关指标数据的CRITIC计算结果

2.4.3 AHP-CRITIC混合加权法 将上述AHP法与CRITIC法结果结合，公式为ω综合ij=ωAHPij×ωCRITICij/∑ωAHPij×ωCRITICij，得到3个指标的综合权重分别为0.5216，0.3372，0.1412。

2.4.4 综合评价结果的比较 分别采用AHP、CRITIC、AHP-CRITIC 3种方法的计算结果对实验数据进行赋权处理，结果见表5。用SPSS 20.0软件进行相关性分析，结果AHP与CRITIC、AHP与AHP-CRITIC、CRITIC与AHP-CRITIC的相关系数分别为0.977，0.999，0.976，两两比较相关性均显著（P＜0.05），即3种赋权法得到的评分结果具备一致性。采用SPSS 20.0软件对3种方法所得权重系数分析，结果AHP与CRITIC之间的相关系数为0.523，不具有统计学意义（P＞0.05），即所反映的信息无叠加性。综合主观和客观双方面考虑，AHP-CRITIC混合加权法较单一赋权法更为科学、合理、稳定，故本研究最终以该方法确定指标权重并计算综合评分。

表5 荆防活血乳膏3种赋权法的综合评分结果

2.5 模型拟合及验证试验

2.5.1 模型拟合 根据试验结果，用Design-Expert 12进行回归方程拟合，得多元线性方程：Y=0.22029X1-0.05919X2+1.15908X3+4.69398（R2=0.7 5 3 6，P<0.0 0 0 1）；二项式方程：Y=2.80591X1-0.43240X2+0.92551X3+0.00159X1X2+0.25367X1X3+ 0.02351X2X3-0.42231X12+0.00741X22-0.20856X32+4.03554（R2=0.9889，P<0.0001）。多元线性方程R2明显低于二项式方程R2，因此选择二项式方程作为最优预测模型。由R2和P值可知，该回归方程拟合度较好，试验误差小，可用于荆防活血乳膏剂基质处方的预测，方差分析结果见表6。

表6 方差分析结果

2.5.2 效应面优化与预测 依据二维等高线和三维效应面图，设定Y最大时，即为处方最佳配比：硬脂酸4.39、甘油14.33、混合乳化剂4.16，此时综合评分9.91。见图1。

图1 硬脂酸、甘油、混合乳化剂对综合评分影响的二维等高线和三维效应面图

2.5.3 最优工艺验证 考虑实际情况，最终选取硬脂酸4.4 g、甘油14.3 g、混合乳化剂4.2 g为最优工艺。按上述基质处方进行3次验证试验，计算偏差值[偏差=（预测值-实测值）/预测值×100 %]，结果综合评分预测值与实测值的偏差分别为4.63 %，0.80 %和1.51 %，平均相对误差为2.31 %，表明所建立的方程预测性较好，可较为准确地预测荆防活血乳膏基质的最优配比。

3 讨论

荆防活血乳膏为O/W型乳膏剂。乳膏剂制备中，乳剂基质的选择和用量及油水两相的比例很重要，将直接影响到乳膏剂的稳定性。平平加O系非离子型乳化剂，性质稳定，耐酸、碱和电解质的能力强，处方组合适当即可制得柔和、细腻且润滑的乳膏[13]。二甲基硅油[14]对皮肤无毒、无刺激性，稳定性强，抗剪切能力强，可在50～180 ℃内长期使用，易形成极薄且透气的孔膜，可起到皮肤保护作用，故选择其为油相组成成分。硬脂酸是化妆品中不可缺少的原料，用其制成的O/W型乳剂基质外表光滑美观，水分蒸发后留有硬脂酸薄膜而对皮肤具有保护作用。中药冰片[15]有清热止痛之功，能引药由肌表直达腠理，促进药物经皮和经黏膜的吸收，故实验设计选择冰片为透皮吸收促进剂[16]。水相中加入甘油作保湿剂，当乳膏暴露在空气时能锁住水分使乳膏不会干燥发硬，甘油还可降低乳膏的冻点，防止乳膏在低温时的冰冻[17]。

星点设计-效应面法是一种基于析因设计基础的多因素五水平设计方法，既可线性拟合，又可非线性拟合，特别是对于影响因素与最佳条件附近的指标呈非线性关系时可通过高次多项式拟合来得出最佳的模型拟合度[18]。目前较为常用的评价方法有主观综合评分法、总评归一值法、AHP层次分析法、CRITIC法等，在多指标的综合加权评价中，确定各评价指标的权重系数尤为重要。本研究采用较为常用的主客观综合评价方法AHP-CRITIC 混合加权法来指导各评价指标的权重系数，反映了评价指标的分级，二者联合将两种赋权方法的优点最大化，既注重主观，又不失客观，与单一赋权法相比能区分样本数据，增强了总体评价结果的科学性和合理性，可为中药复方制剂处方筛选研究提供参考[19]。

本研究采用基于AHP-CRITIC 混合加权法的星点设计-效应面法筛选优化荆防活血乳膏的处方，得到离心稳定性、耐热稳定性、涂抹分散性3个指标的综合权重分别为0.5216，0.3372，0.1412；最佳处方比例为：硬脂酸4.4 g、甘油14.3 g、混合乳化剂4.2 g、单硬脂酸甘油酯2 g、凡士林8.5 g、二甲基硅油10 g、纯化水20 g、冰片1.5 g（2 %），苯甲酸钠0.1 %，荆防活血方组方药物提取干膏用量7.5 g（每100 g乳膏中含主药量约为10 g）。该配方结果稳定可靠，制得的乳膏剂外观细腻光滑，涂抹分散性和耐热稳定性良好。后续将进一步通过动物实验证实荆防活血乳膏剂治疗软组织损伤的效果。