電子鼻檢測量化清熱藥四氣五味的研究

盛良 唐德才 王光耀 張亞 王興華 陳建偉 徐陸周 何敏 張繼

（南京中醫藥大學，江蘇南京 210023）

電子鼻檢測量化清熱藥四氣五味的研究

盛良 唐德才 王光耀 張亞 王興華 陳建偉 徐陸周 何敏 張繼

（南京中醫藥大學，江蘇南京 210023）

目的：探討用電子鼻檢測量化中西藥物的四氣五味的方法與可行性。方法：用電子鼻檢測13味清熱中藥和2種西藥（氧化苦參堿、靛玉紅），觀察各藥主成分分析（PCA）和雷達圖的相似性和差異性，以此作為檢測量化依據。結果：本研究所檢測的清熱藥之間PCA、雷達圖有較高的相似性，與它們相近氣味相應。結論：電子鼻可以用于檢測量化中西藥的四氣五味。

四氣五味 中藥檢測 電子鼻 清熱中藥

中醫學認為，藥物都具有一定的性、味，通過了解中藥的四氣五味，分辨各種藥物的共性與個性，從而有針對性地運用于臨床。隨著中西醫結合的發展，學者們對現代醫學指標與中醫證型的關聯進行了深入研究并有了一定的發現。我們也開始研究使用現代醫學儀器檢測中藥的四氣五味。《素問·六節藏象論》曰：“五氣入鼻藏于心肺”，“五味入口藏于腸胃”，中藥的四氣五味肇始于鼻舌，口嘗鼻聞可謂是最古老的檢測中藥物質能量的方法，后根據臨床發展成推理氣味。模擬鼻、舌的電子鼻舌已被廣泛運用于很多行業二十余年，技術十分成熟。由于電子鼻舌是在智能傳感器矩陣系統中配有不同類型的傳感器，能充分模擬復雜的鼻舌功能，因而能檢測鑒別氣味和味道。據此，我們試用電子鼻檢測量化中藥的四氣五味。本研究選擇了13味清熱中藥2種西藥（氧化苦參堿、靛玉紅），使用電子鼻檢測各藥物，分析主成分，繪制雷達圖，以觀察藥性近似的藥物經電子鼻的檢測，結果有無相似性，現將結果報道如下。

1 實驗材料

1.1 儀器電子鼻，Alpha M.O.S.，中國，αFOX 4000系統和αSOFTV9.1軟件，自動進樣器HS100。本儀器檢測靈敏度高，通常可達到PPb級。

1.2 藥物13味中藥均為道地藥材，經我校中藥鑒定專家王春根教授鑒定為正品；西藥根據筆者提出的假說選擇與本研究所檢測的中藥氣、味相近、相異者2種［1-3］，均為中國藥品生物制品檢定所提供的化學對照品。藥物編號與性味見表1，中藥性味根據《中藥學》［4］。中藥均粉碎過80目篩，編號，備用。每味藥電子鼻檢測重復4次。

表1 藥物編號與性味

1.3 待測樣品中藥：稱取2g，加60mL蒸餾水，浸泡30min后煮30min，取1mL，裝入10mL樣品瓶中。西藥：稱10mg，加4mL水，超聲水浴20min，取1mL，裝入10mL樣品瓶中。

1.4 電子鼻參數載氣：合成干燥空氣；流速：150mL/min；樣品準備：1mL樣品置于10mL樣品瓶中；頂空產生參數：產生時間300s，產生溫度50℃，攪動速度500r/min；頂空注射參數：注射體積1200μL，注射速度1200μL/s，注射針總體積2.5mL，注射針溫度60℃；獲取參數：獲取時間120s。

2 研究方法

2.1 主成分分析（PCA）PCA是一種包含了向量分析和相關矩陣的分類技術，通過旋轉數軸使數據間的最大差異性得以顯現，通過計算得到一組新的數軸來捕捉整個數據集間的最大差異，用于挖掘有用的信息，給出具有不同氣味區域和簇的描述性圖表。PCA是從多個數值變量（指標）之間的相互關系入手，利用降維思想，將多個變量（指標）化為少數幾個互不相關的綜合變量（指標）的統計方法，其基本思想方法與中藥的四氣五味相類似。中藥藥性從中西醫結合觀點看，就是將復雜的中藥化學成分降維為四氣五味，筆者稱之為四氣五味宏觀化學成分［2］。

2.2 差異指數差異指數是一無量綱的值，用于表示樣品間的差異，差異指數越小，表示相似性越大，反之，越小。

3 研究結果

見圖1—圖5，表2—表4。

圖1 樣品27—30雷達圖

圖2 樣品27—30 PCA

表2 樣品27—30差異指數

圖3 樣品31—34、36—40雷達圖

表3 樣品27—34、36—40雷達圖PA/2、P30/1、P40/2數據

圖4 樣品31—34、36—40 PCA

圖5 樣品27、43、44 PCA

表4 31—34、36—40差異指數

4 討論

4.1 驗證目的

4.1.1 驗證中藥四氣五味與其功效相應能否使用現代科學儀器電子鼻檢測量化中藥物質能量結構四氣五味與功效關系，是本驗證的首要目的。分四類如下：氣、味相同，功效相近；氣、味相同，功效相異；氣同而味異，比其功效；味同而氣異，比其功效。因本驗證均為寒藥，故無氣異項。

27—30是清熱瀉火藥，31—34是清熱燥濕藥，38—40是清熱解毒藥，以上三類同屬清熱藥，一同檢測，看電子鼻能否檢測出它們同屬清熱藥的共性，以及測出它們瀉火、燥濕、解毒的子類共性。43芒硝屬攻下藥，44膽礬屬涌吐藥，27石膏屬清熱瀉火藥，3藥部分氣味相同相近并且化學成分相似，故設計此3藥，看能否檢測出區別。

4.1.2 驗證西藥四氣五味中西藥同治一病，在臨床上早就會通，通過電子鼻檢測，可以驗證西藥也有中藥四氣五味藥性。36、37為中藥有效成分，根據筆者提出的假說［1-3］，按照它們的Pka、log P值，其氣味預測如表1所示，36氧化苦參堿為清熱燥濕對照藥，37靛玉紅為清熱解毒對照藥。

4.1.3 驗證中藥有效成分是否反映中藥藥性中藥有效成分是以現代醫藥的理化檢測結果為標準而稱其有效的，同樣難以納入中醫藥理論體系，本研究選用中藥及其有效成分進行對照，二者以中藥四氣五味為標準進行檢測，看有效成分是否反映中藥藥性。36氧化苦參堿是34苦參的有效成分，37靛玉紅是38青黛的有效成分，以此驗證有效成分也有氣、味，并且只能一定程度反映中藥藥性。

4.2 驗證中藥四氣五味能量結構與其功效相應

4.2.1 清熱藥共性檢測27—30、31—34、38—40均為寒性藥，本類藥統稱清熱藥，屬藥性相同，功效相近。圖1、圖3雷達圖極為相似，從數據上看，各計數點幾乎重疊，僅在P40/2、P30/1、PA/2處有所差異，相差0.10～0.25，顯示其共性，詳見表3。從差異指數看，表2、表4顯示，樣品差異都不大，差異指數越小，表示相似性越大。本結果體現了同屬清熱藥為其共性，但其又可分為以下三個子類：

清熱瀉火藥。27—30是清熱瀉火藥，本類藥多甘（苦）寒，清熱力較強，治火熱較盛證［5］172。本實驗所選此類藥27—30樣品相似度很高，尤其是樣品27、28、29，各個傳感器的響應值非常一致，基本上可以認為是同類物質。從圖2可見，三者相距很近；表2可見差異指數很小，而30差異指數稍大。30與前三者不同的原因是：前三者（石膏、知母、天花粉）味甘辛苦，甘辛為陽主升，清氣分之火，主歸肺、胃經；30（梔子）味苦為陰主降，兼入血分，瀉血熱之火，涼血利濕，主歸心、肺、三焦經。如果進一步分析，圖2中28、29相距更近，表2顯示它們差異指數小至0.0249，這是由于二藥（知母、天花粉）同為苦、甘，寒，如果說二藥之間的不同只是氣味程度不同；27與28、29差異指數稍大為0.0966、0.0725的原因是：27（石膏）甘、辛，大寒，較28（知母）、29（天花粉）多辛味，而后者較前者多苦味。所有異同，均因氣同味異，而導致功效不同，其檢測量化精確反映了傳統認識的正確性，連子類中的個體差異也能區別。

清熱燥濕藥。31—34是清熱燥濕藥，本類藥多苦寒，清熱之中，燥濕力強［5］187。31黃芩、32黃連、33黃柏三藥性皆苦寒，體現氣、味相同，功效相似。但黃芩偏瀉上焦之火，歸肺、膽、脾、胃、大腸、小腸經；黃連偏瀉中焦之火，歸心、脾、胃、膽、大腸經；黃柏偏瀉下焦之火，歸腎、膀胱、大腸經［7］。這是典型的氣味相同而功效不同，電子鼻亦檢測出其差異。表4顯示差異指數：因31、32藥物差異指數小至0.0103，而圖4亦相近，可看成一組；同樣33與34藥物差異指數為0.0816，圖4相近，可看成另一組。這樣清熱燥濕藥可分成二組，體現氣、味相同，功效相異，同中有異。為何分成二組？由于濕熱所侵肌體部位不同，因而必須用相應歸經的藥物予以治療。31、32歸經偏上中焦，同歸膽、脾、胃、大腸經，與檢測結果一致；33、34歸經偏下焦，當同歸腎、膀胱、大腸經，34苦參在教材中雖未見歸腎經，但《本草求真》記苦參：“專入腎”［6］。若再細分之，31、32差異指數小至0.0103，33與34差異指數為0.0816，二組相比，前者小于后者，故圖4見前者相近，后者相遠。

清熱解毒藥。38—40是清熱解毒藥，本類藥性多苦寒，清熱之中更長于解毒［5］187。從圖4及表4差異指數可以看出，38青黛、39板藍根、40穿心蓮樣品相似度很高，三藥相距不遠，其差異指數不大，故為同類。但細分之，37靛玉紅與38在表4中差異指數小至0.0322，而在圖4中相近，可看成一組；39與40在表4中差異指數小至0.0260，而在圖4中相近，可看成另一組。這樣清熱解毒藥就和清熱燥濕藥一樣，也分成二組，體現同中有異。其原因是熱毒所侵肌體部位不同，因而必須用相應歸經的藥物予以治療。39、40藥性同為苦寒，而38藥性咸寒，其味一苦一咸不同，味不同導致歸經不同。39板藍根可用治外感風熱，發熱頭痛咽痛［7］，當歸肺經，古醫書無入肺經之說，新加后39、40同歸心、肺經相似度大；37靛玉紅為38青黛的有效成分，歸經、功效相似，故分別分成二組。同上例還可再細分之：37、38差異指數小至0.0322，39與40差異指數小為0.0260，兩組相比，前者大于后者，故在圖4中前者相遠，后者相近。

4.2.2 清熱藥子類區分從圖4清熱燥濕藥與清熱解毒藥的圖形看，二者相互雜居，具有交叉性。（1）從圖4可見，31、32燥濕藥夾在37、38與39、40清熱解毒藥之中，從表4看，31與這四味中藥差異指數依次為0.0817、0.0566、0.0741、0.0982，32與這四味中藥差異指數依次為0.0906、0.0650、0.0651、0.0893，都較小，具有共性。對這六藥進行比較，我們發現其確有共性。如除均性寒清熱外，它們都能治呼吸系統疾病，從中醫歸經來看，都可歸肺經、大腸經，這是六藥共有藥性。32黃連、39板藍根例外，醫籍未載此二藥歸肺經，但黃連現代臨床用于治療肺結核、肺膿舯、呼吸道感染、百日咳等，板藍根可治感冒，可推測此二藥入肺經［7］。由本例可見，電子鼻不僅能夠證明傳統中藥四氣五味上的正確與否，同時能夠補充古醫藥認識上的遺漏不足。（2）從圖4可見，34苦參燥濕藥與39、40清熱解毒藥相近，從表4可見，34與39、40差異指數小至0.0666、0.0448，而圖4中三藥相近，具有共性。34苦參雖列燥濕藥，但其歸經與39、40有相似之處，如其功效殺蟲可謂清熱解毒。此七藥既反映了中藥氣、味相同，功效相近；也反映了氣、味相同，功效相異。

可見，電子鼻既檢測區分這些藥物同屬清熱藥為其共性，又檢測出可分為三子類的差異性，同時也分別檢測出三子類中的同中有異，直至子類層次的個體差異等三個層次。可見，中藥的四氣五味可通過現代儀器進行檢測量化。

4.3 驗證可從中藥四氣五味能量結構與化學成分結構的關系上會通中西藥現代藥物的化學成分是現代藥物實體結構的載體，目前的藥物理化檢測就是以此為物質基礎。中藥的化學成分復雜，目前只能從有效成分上說明功能狀態，并且因兩種醫學體系而不能與西藥會通，能否找到一種現代儀器，既能從化學成分空間結構上又能從物質能量四氣五味結構上統一檢測呢？本實驗證明可以用電子鼻檢測量化。27石膏主含CaSO4·2H2O、43芒硝主含Na2SO4·10H2O、44膽礬主含CuSO4·5H2O，三者化學成分、結構相似，故其中藥藥性相似，雖不完全相同，但有其共性。電子鼻檢測數據顯示，43與44幾乎一致，27與43、44數據絕大部分相同，其總體相同性占86.1%，相異性占13.9%，這和它們的化學成分結構有較大相似性是一致的，詳見圖5。化學成分同中有異，導致氣味同中有異，根據筆者假說，金屬元素給出電子而吸收能量為寒［7］，以上三中藥的正離子均屬金屬元素，故其氣同為寒性，功效清熱瀉火。由于三者給出電子的能力有大小不同，其氣寒程度也有不同，與氣平衡的味的大小也相應不同，在化學成分上就表現為所含H2O數多少不同。本類屬氣同而味異，致其功效同中有異：27石膏，甘辛寒，清熱瀉火，治胃火牙痛、頭痛、實熱消渴等，火煅有斂瘡生肌、收濕、止血等作用；43芒硝，咸苦辛寒，寒清熱瀉火，咸苦辛潤燥，攻下通便，可治積滯便秘、咽痛、口瘡、目赤、癰瘡腫痛等；44膽礬，酸澀辛寒，酸澀辛味，收斂上行，寒清火熱，故“能涌風熱痰涎，發散風木相火”，“治咽喉口齒瘡毒有奇功”。與其化學成分、結構相似相應，三者功效有相似之處，尤其是43芒硝、44膽礬。

4.4 驗證中藥有效成分只能一定程度反映中藥藥性34苦參的有效成分是36氧化苦參堿，二者有一定相似度，差異指數是0.119。38青黛的有效成分是37靛玉紅，二者差異指數是0.0322，相似度很大，由此可將37靛玉紅列為清熱解毒藥，這也是與38形成一組的原因，圖4所示也可為證。34與36相距較遠，而37與38差異較小，故36氧化苦參堿代表苦參的有效程度遠遠低于37靛玉紅代表青黛的有效程度。此二例極能說明有效成分有一定合理性，但代表程度差異很大，不能全部有效代表原中藥藥性，即使37靛玉紅代表青黛的有效程度很高，卻不如39、40二種不同的藥相似度高。

［1］盛良.論中藥四氣五味與電子得失吸推偏移能級升降說.上海中醫藥雜志，2008，42（2）：4

［2］盛良.論中藥四氣五味的宏觀化學成分說.上海中醫藥雜志，2008，42（7）：63

［3］盛良.中藥四氣五味的量化.現代中西醫結合雜志，2004，13（22）：2943

［4］高學敏.中藥學.北京：中國中醫藥出版社，2002：93，95，97，101，106，108，110，114，126，124，122，183，591

［5］高曉山.中藥藥性論.北京：人民衛生出版社，1992

［6］國家中醫藥管理局.中華本草（精選本）.上海：上海科學技術出版社，1998：912

［7］盛良.論化學元素具有寒熱溫涼四性：一論中藥四性與現代化學的統一.中國中醫基礎醫學雜志2003，9（1）：14，29

R285.1

A

1672-397X（2015）11-0059-04

盛良（1945—），男，教授，碩士研究生導師，主要研究中西醫藥結合基礎理論會通。shengliang295@163.com

2015-03-15

編輯：吳寧

江蘇省科學技術廳基礎研究計劃（自然科學基金）資助項目（BK2012857）