運用數據可視化分析腎系疾病用藥規律

唐麗佳，潘 靜

(湖北中醫藥大學，湖北 武漢 430000)

中醫藥治療腎系疾病在改善癥狀、延緩疾病進展、減少復發等方面具有明顯優勢，但用藥規律缺乏系統整理分析。復雜網絡是以網絡化建模的形式研究復雜現象的一種分析方法[1]，宏觀結果分析研究顯示，中醫理論指導下的復方配伍過程具有無尺度復雜網絡現象。復雜網絡分析方法已在中醫臨床研究領域有較多應用[2-5]，可反映用藥特點及藥物相互作用關系[6-7]，結果可視化清晰，表達效果好。故本文擬以《中醫內科學》中腎系疾病各病種代表方藥為研究對象，統計其中各病種辨證論治代表方中藥物的使用頻次、類別、性味及歸經，運用復雜網絡分析探討腎系疾病的用藥特點，為腎系疾病的治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

《中醫內科學》[9]將腎系疾病分為水腫、淋證、尿濁、癃閉、關格、陽痿、遺精、早泄共8個疾病，統計每種病辨證論治各證候的代表方中藥物的性味、歸經、類別。

1.2 規范化處理

參照《中華人民共和國藥典》[9]《中藥學》[10]統一藥名及性味歸經，如仙靈脾統一為淫羊藿，山梔歸為梔子，生草梢、炙甘草統一為甘草，橘紅、橘皮統一為陳皮，茯神、茯苓皮統一為茯苓等。

1.3 數據庫建立

經前期整理和規范錄入數據后形成數據庫，構建適合數據分析挖掘的形式。

1.4 數據統計分析

本文運用apriori算法對數據庫藥物進行關聯規則分析。關聯規則是研究用藥規律的一種成熟有效的方法[11]，指從大量數據中發現項集之間的相互關系、因果結構及項集的頻繁模式。支持度和置信度是關聯規則中的兩個重要概念，關聯規則形如X?Y的蘊含式，支持度描述X和Y兩個項集同時出現的概率，置信度表示出現項集X時項集Y也同時出現的概率。

1.5 復雜網絡構建

采用Gephi(Version 0.9.2；The Gephi Consortium，Paris，France)軟件構建復雜網絡圖。Gephi是基于JVM的開源免費跨平臺復雜網絡分析軟件[12]，其主要用于各種網絡和復雜系統，其可視化特點使內容表達直觀、清晰。在復雜網絡中以復方組成藥物作為節點，邊代表藥物之間的配伍頻次關系，以Fruchterman Reingold布局形式進行可視化展示，越重要的節點越接近網絡中心點，可提示處方配伍網絡中的核心藥物及核心配伍。采用軟件統計模塊計算節點平均度、緊密度、特征向量中心度及PageRanks[12-13]：①節點度指1個節點所擁有的鄰居節點的數目，節點度越大，說明此節點越重要；②節點緊密度是評價網絡中1個節點到達其他節點難易程度的參數，節點緊密度越高，與其他節點的關系越近；③特征向量中心度指網絡中的重要節點，與其他節點相互關聯，而且與其相連的節點也是較重要的節點；④Pageranks是根據網頁之間連接關系對網頁重要性進行評分的算法，可用于說明節點的重要性。

2 結果

2.1 腎系疾病數據基本特征

共納入中醫方劑48首，涉及中藥124味，總頻次409次。

2.2 藥物頻次

按頻次從高到低對124味中藥進行排序，篩選出頻次≥3的中藥共42味。按藥物出現頻率[頻率=(頻次/方劑總數)×100%]從高到低進行排序，結果使用頻率≥10%的中藥共25味。使用頻率≥10%的25味中藥及相關信息見表1。使用頻率≥50%的中藥有茯苓，使用頻率30%～50%的中藥有甘草、白術、人參，使用頻率20%～30%的中藥有當歸、澤瀉、生姜、車前子，使用頻率 10%～20%的中藥有陳皮、山藥、生地黃、附子、大棗、白芍、熟地黃、木通、山茱萸、黃芪、柴胡、滑石、梔子、黃柏、蓮子、遠志、石菖蒲。

表1 腎系疾病的使用頻率≥10%的中藥

2.3 藥物分類

對上述統計出的25味藥進行歸納可知，中醫內科腎系疾病治療方劑主要由補虛藥(包括補氣類、補血類)、利水滲濕藥(利尿通淋、利水消腫)、清熱藥、收澀藥、理氣藥等組成。

2.4 藥物四氣、五味與歸經

對統計出的藥物進行四氣、五味和歸經分析，見圖2、圖3、圖4。可知，中醫內科治療腎系疾病常用的中藥主要為寒性、溫性和平性藥，占96.00%，以溫性藥最多，達44.00%。藥味主要是甘、苦和辛，占82.00%。進行歸經統計時，將表里經合并計算，如膀胱經歸于腎經、小腸經歸于心經等，腎系疾病使用的中藥主要歸經為脾、腎、心，總占比為71.01%。

2.5 藥物關聯規則分析

設定最小支持度為15%，最小置信度為43%，運用數據挖掘中的apriori算法對409次用藥頻次進行關聯規則分析，結果見表2。可知，澤瀉-茯苓、當歸-甘草、白術-茯苓、人參-甘草幾味藥同時出現的頻率較高。

圖2 藥物在四氣中所占的頻次比重

圖3 藥物在五味中所占的頻次占比

圖4 藥物歸經使用頻次占比

表2 腎系疾病藥物關聯規則分析 (%)

2.6 腎系疾病治療藥物復雜網絡展示

復雜網絡中共247個節點，256條邊，腎系疾病藥物復雜網絡如圖5所示，越重要的節點越大且越接近網絡中心點，提示為處方配伍網絡中的核心藥物。從圖中可以看出，茯苓、甘草、白術、澤瀉、人參等藥物是腎系疾病的核心治療藥物。

圖5 腎系疾病藥物復雜網絡

網絡平均節點度為4.129，247個節點中大于平均節點度的共有31個。將節點度>7的節點拓撲特征參數列于表3，表明茯苓、甘草、白術、人參、當歸、生地黃、山藥、熟地黃、車前子、木通是網絡核心節點。其中茯苓的節點度最高，為24，緊密度為0.399，特征向量中心度為1，PageRanks為0.3603 6，是網絡中最核心的中藥節點。

表3 腎系疾病用藥的網絡拓撲性質分析

此外，對網絡中節點之間邊的權重進行計算，邊的權重即藥物配伍頻次，在一定程度上體現了藥物之間配伍應用的強度。邊權重越大，代表相連的2個藥物之間的關系越緊密，將權重值≥10的節點圖展示如下(圖6)。可以看出，配對頻度較高的是茯苓-白術、當歸-甘草、澤瀉-茯苓、茯苓-山藥、生姜-甘草，其次是人參-茯苓、人參-附子、熟地黃-山藥、白術-甘草。

圖6 腎系疾病用藥關系復雜網絡

3 討論

本研究歸納得出治療腎系疾病的核心藥物為茯苓、澤瀉等利水類，甘草、白術、山藥等補虛類，生地黃等清熱類，山茱萸等收澀類藥物，提示在治療腎病中，補虛利濕為第一關鍵，清熱收澀為第二關鍵。腎為先天之本，位居下焦，內寓真陰真陽，為生命活動之根。腎精封藏則人生機旺盛，腎精失固則人衰，腎虛氣化失司則水液運化失常，水液潴留，郁而生熱，濕熱錯雜遍生百病，故治療以補虛養精為主，利水化濕清熱通調水道，使氣機恢復正常，疾病后期邪氣已祛，稍加收澀斂其耗散，固其根本。

腎為臟腑之本，與其他臟腑關系密切，又以心、脾最為緊密。心腎關系可追溯于《周易》，五臟之腎居下焦，應北方，主水，其性屬陰，故腎對應坎，為坎水；五臟之心居上焦，應南方，主火，其性屬陽，故心對應離，為離火[14]。人體心腎關系上，正如《慎齋遺書》中云：“心腎相交，全憑升降。而心氣之降，由于腎氣之升；腎氣之升，又因心氣之降。”故心腎陰陽水火升降互濟，可維持周身陰陽的協調平衡。脾腎分別為先后天之本，存在先天促后天、后天養先天的關系。腎為坎臟、乃真陰真陽之府，水火共存之宅，封藏固攝功能尤重。脾為坤土，是后天氣血化生之要，其功能健旺，則澤沃四方。故腎系疾病的治療上以補虛、利水、清熱、收澀藥物為主，且歸經上重視與心、脾之間的關聯。根據復雜網絡分析得出的核心藥物可體現腎系疾病治療思想：茯苓利水健脾、寧心安神；甘草補脾益氣、清熱解毒；白術補氣健脾、利水滲濕；澤瀉、車前子、木通利水瀉熱；山藥益氣、補脾肺、澀精止帶；人參大補元氣；當歸、熟地黃補血；生地黃清熱；山藥補脾腎。藥物配伍中，澤瀉-茯苓共奏利水之功；當歸-甘草氣血同補，白術-茯苓健脾寧心，人參-甘草補虛力強。

藥物性味方面，腎系疾病治療用藥應重用溫、寒、平性藥，以甘、苦、辛味為主。《素問·水熱穴論》云：“腎司開闔，腎氣從陽則開……從陰則闔。故寒溫藥物相合，辛開苦降，可調理開闔，斡旋升降，使周身和合。”

綜上所述，采用復雜網絡分析對中醫數據進行網絡化建模并挖掘分析，可從復雜方藥數據中得出共性信息，從而加深對中醫臨床診療的認知，并可對藥物進行分析篩查，發現核心和一般共性的復雜藥物配伍知識，對中醫臨床知識的客觀化、深入化、系統化有直觀、清晰的表達，是目前的必然應用趨勢。