基于R語言數據挖掘新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病的組方用藥特色及規律

席 虎,楊文明,2,3,楊 悅,張帥帥,崔圣瑋,謝文婷

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)又稱老年性癡呆,是癡呆中最為常見的一種不可逆的以進行性加重的認知功能障礙和精神行為異常為主要臨床表現,以β淀粉樣蛋白(Aβ)和神經纖維纏結(P-tau)為病理特征,發病機制尚不明確的中樞神經系統退行性疾病。研究表明,隨著全球老年化的進展,預計65歲以后,阿爾茨海默病的發病率每5年為節點成倍數遞增,86歲時,阿爾茨海默病病人的比例將增加30%～50%,據報道已成為世界第四大死亡原因[1-2]。

阿爾茨海默病屬于中醫學“癡呆病”范疇[3]。“癡呆”一詞首見于《景岳全書·雜病謨》:“癡呆證,凡平素無痰而或以郁結……而漸致癡呆”,在此之前多依據其癥狀歸屬于“善忘”“健忘”“呆病”“文癡”等范疇,如《素問·調經論》云:“血并于下,氣并于上,亂而善忘”;《左傳》:“不慧,蓋世謂白癡”;《千金翼方》:“人五十以上陽氣始衰……忘失前后,興居怠惰”;《醫學心悟》:“人至老年,腎精衰枯……神明不斂,呆證遂生”等,均對癡呆病有相關論述,可見阿爾茨海默病防治已然成為古今研究的重點、難點領域之一,同樣也是歷代醫家醫著論述的疑難雜癥之一。在中醫學快速發展的歷史進程中,古徽州地區的新安醫學對阿爾茨海默病的病因病機、病位病性、治則治法等方面做出了極為突出的貢獻。新安醫學起始于宋代,鼎盛于明清時期,至今經歷和傳承了800多年,形成了集約800位名醫大家、約800本醫籍宏作、學說門派紛呈為一體的大型地域性綜合性學術流派。其中16世紀的明代醫家汪機創新性地提出“參芪”補氣理論,奠定了“固本培元”學術理論的基礎,歷經世代傳襲、手足相授,造就了一支以“固本培元法”為其學術思想理論,可考察考證、隊伍強盛、遠近聞名的“固本培元”門派[4-5]。“固本培元法”的核心是鞏固根本、培養元神,通過顧護先后天之本,以達到扶正祛邪、邪祛病愈之效。這也是防治阿爾茨海默病的根本途徑和核心治則治法,對于臨床防治阿爾茨海默病具有絕對性指導意義,但相關醫案以多形式、個體化為特征,不具備規范化及統一化,因此,利用實用性強、操作便捷的R語言及數據挖掘技術處理相關醫案方藥,可為中醫藥臨床現代化研究提供技術支持,滿足不同的臨床研究。本研究基于R語言對新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病的組方用藥特色及規律進行數據挖掘。

1 資料與方法

1.1 收集阿爾茨海默病相關醫案

選取新安醫學中以汪機、汪昂、徐春圃、孫一奎、程文囿等著名醫家400年間所著《石山醫案》《孫文垣醫案》《素圃醫案》《程茂先醫案》《杏軒醫案》《婺源余先生醫案》《新安醫案》《廣陵醫案》《馮塘醫案》《管見醫案》《名醫類案》《續名醫類案》《丹臺玉案》《臨證指南醫案》《吳氏醫驗錄》《赤水玄珠》《王仲奇醫案》《醫方考》《古今名醫匯粹》《古今醫統大全》《醫述》《醫宗金鑒》《醫學原理》《不居集》等醫籍醫著中涉及運用“固本培元法”相關醫案[4]。以“健忘”“善忘”“文癡”“呆病”為主題詞進行二次檢索,選取病史及體征即符合《中醫內科學》[1]中癡呆特征,又符合《神經病學》[6]中阿爾茨海默病診斷標準的醫案。

1.2 醫案納入與排除標準

納入標準:1)本研究以新安醫家運用“固本培元法”辨治疾病的完整醫案醫籍為研究對象,同時符合《中醫內科學》中癡呆、《神經病學》中阿爾茨海默病診斷標準,所納入方藥具有完整性;2)具有辨證思維的復診調方記錄藥物加減作為新的處方收錄;3)醫案記載能夠改善相關癥狀,具有確切臨床療效。

排除標準:1)治療方法為針刺或中西醫結合治療者;2)臨床癥狀及方藥二者之一記錄不全者;3)醫案未明確其臨床療效者及失治誤治醫案。

1.3 數據錄入與規范化

本研究依據數據規范化要求,安排兩人分別錄入并核對建立方-藥數據,以2020年版《中華人民共和國藥典》[7]、新世紀第4版《中藥學》[8]為參照,對所納入的方藥進行規范化處理,例如“淮牛膝”“川牛膝”統一去除其產地差異名命名為“牛膝”,“生白術”“炒白術”統一去除其炮制差異命名為“白術”,對于功效有明顯影響者則分別錄入,如“熟地黃”“生地黃”。

1.4 數據挖掘

1)描述性分析:基于二分類法進行數據處理賦值建立方-藥數據庫,并使用R語言對常用中藥使用頻次、四氣、性味、歸經、功效進行統計。2)聚類分析:采用R語言中的“arules”等函數對方-藥數據庫中使用頻率最高的前30味藥進行層次聚類、關聯規則,歸納并展示常用藥物之間的組合關系。3)因子分析:采用方-藥數據庫中使用頻率最高的前30味藥進行因子分析,以反映處方用藥的大部分情況[9-10]。

2 結 果

2.1 一般情況及中藥頻次分析

經初步檢索獲取新安醫學醫籍和醫著中涉及運用“固本培元法”相關醫案1 331案,二次主題詞條件檢索后,嚴格按照納入與排除標準篩選獲取新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病共計338案,經去重后處理最終納入有效方藥174首,涉及中藥158味,累計使用頻次2 958次。對其進行頻次分析,由使用頻次前30味中藥頻率柱狀圖可知,新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病使用的高頻藥物(頻數≥50次)藥物有人參、遠志、黃芪、茯苓、當歸、石菖蒲、茯神、白術、甘草、朱砂、熟地黃、炙甘草、酸棗仁、麥冬、白芍、川芎、地黃、半夏、黃連。依據《中國藥典》將功效分類,前3位分別是補虛藥、活血化瘀藥、豁痰開竅藥,其中補虛藥以補氣藥、補血藥使用最多。詳見圖1。

圖1 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病前30味中藥頻率圖

2.2 中藥性味和歸經頻次分析

對新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病使用的中藥進行四氣、五味、歸經分析并繪制雷達圖,中藥四氣以溫(38.9%)、寒(32.2%)、平(20.1%)為主,詳見圖2;中藥五味以甘(33.3%)、苦(26.0%)、辛(22.6%)為主,詳見圖3;歸經主歸肝經(20.0%)、腎經(15.7%)、脾經(14.1%)、心經(13.0%),詳見圖4。從藥性、藥味、藥物歸經雷達圖可以看出藥物主歸肝、腎、脾、心四經,以心、肝、脾、腎功能失調為主,四氣以溫、寒、平為主,五味“甘”能補、能和、能緩,具有補益、緩和、調中之功,“苦”能泄、能燥、能堅,“辛”能散、能行,具有發散、行氣、行血之效,在虛證及急證中應用廣泛。

圖2 治療阿爾茨海默病中藥四氣雷達圖

圖3 治療阿爾茨海默病中藥五味雷達圖

圖4 治療阿爾茨海默病中藥歸經雷達圖

2.3 中藥相關性分析

中藥兩兩之間的關聯可以用相關系數(r)來表達,R語言可以進行Pearson、Kendall、Spearman等多種相關性分析方法計算,本研究選擇Pearson相關系數計算并進行可視化。通過中藥頻次分布圖可知,大多數中藥相關性與其使用頻次呈正相關。因此,選擇新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病使用頻率較高的前30味中藥,計算兩兩中藥之間相關性及可視化表達,詳見圖5。

圖5 使用頻率居前30味中藥之間的Pearson相關系數圖

2.4 基于關聯規則的常用藥對、角藥分析

基于R語言Apriori關聯規則算法,設置支持度≥7%、置信度≥60%,挖掘新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病的常用藥對、角藥,詳見圖6。結果顯示,共有規則389個,去重后方-藥中常用藥對、角藥共159個,其中出現頻次≥50次的分別為人參、黃芪(79次),茯苓、人參(62次),當歸、人參(62次),石菖蒲、遠志(60次),茯神、遠志(59次),人參、石菖蒲(58次),茯神、人參(58次),茯苓、人參、黃芪(55次),當歸、黃芪、人參(50次),白術、黃芪、人參(50次),黃芪、石菖蒲、人參(50次),主要為補氣、補血、豁痰開竅、利濕退黃、養心安神之品。支持度大于1表明兩種中藥之間關聯性很強,取其有效關聯規則的前20項,按置信度進行倒序排列,詳見表1。進行關聯分析可以得出散點圖,圓形由小漸大,依次越高,顏色由紫到黃,提升度逐漸升高,詳見圖7。依據Apriori關聯規則所得數據做可視化網絡圖,可知人參、遠志、黃芪、茯苓、當歸、石菖蒲、茯神、白術、甘草、朱砂、熟地黃、炙甘草、酸棗仁、麥冬、白芍、川芎、地黃為高頻藥物,主要為補氣、補血、補陰、活血化瘀、豁痰開竅、利濕退黃、養心安神藥,前5位又為關聯核心藥物,詳見圖8。

表1 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病中藥前20項有效關聯規則

圖6 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病的常用藥對、角藥

圖7 使用頻繁中藥組合關聯散點圖

圖8 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病中核心藥物關聯網絡圖

2.5 高頻藥物聚類分析

本研究采用R語言中層次聚類和K-Means 聚類兩種規則,選取新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病中使用頻次前30味的高頻中藥進行層次聚類可視化分析,詳見圖9。本研究以肘部法代替隨機法來確定K-Means 聚類分析的K值,手肘圖10顯示7為拐點,即K-Means聚類分析聚為7類,可視化分析結果見圖11。

圖9 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病高頻中藥層次聚類圖

圖10 基于肘部函數確定最佳聚類數目圖

圖11 K-Means 聚類分析聚為7類可視化圖

2.6 高頻藥物相關性及因子分析

采用R語言對新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病中藥頻率最高的前30味藥物進行主成分分析(PCA),KMO和Bartlett球形檢驗結果表明可以進行主成分分析(P<0.05,KMO值為0.48,χ2=787.237 2),適合進一步因子分析。結果顯示,新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病用藥累計貢獻率為59%,根據圖12元碎石圖可提取11個因子,詳見表2。

表2 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病前30味中藥因子分析

圖12 新安醫學“固本培元法”治療阿爾茨海默病前30味中藥因子分析碎石圖

3 討 論

溯源新安醫學“固本培元法”發展史可知,新安醫家汪機深受《黃帝內經》元氣及氣血營衛論學說影響,在程朱理學“格物致知窮理”治學精神、道家“我命在我不在天”文化熏陶下,將朱丹溪“滋陰說”、李東垣“補土說”融會貫通作為理論依據,將“營衛一氣”理論傳承、創新,初步提出了重用“芪參術”的調補氣血、固本培元學術思想,后經歷徐春甫“百病皆由脾胃衰”、孫一奎“命門動氣說”等承嬗遞變,豐富了“固本培元”的“顧護先后天之本、培補脾腎元氣”內涵,后經歷世代傳襲、手足相授、私塾后學的不斷豐富這一學術思想主線,呈現出“一源多岐”多元化發展的局面[11-13]。新安醫學“固本培元法”辨治疾病醫籍醫案數量宏大、經驗豐富、效果顯著,但辨治阿爾茨海默病相關醫案醫著論述較少,方藥信息缺乏統一,所以,深入挖掘分析新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病的用藥特色及規律對于新安醫學傳承及中醫藥守正創新具有指導意義。

本研究通過R語言技術對新安醫學“固本培元法”辨證治療阿爾茨海默病完整有效方藥174首進行數據挖掘,發現補氣藥、補血藥等補虛類藥使用頻次最多,補虛類藥物的使用,重在培補脾、腎元氣。其中人參、遠志、黃芪、茯苓、當歸為使用頻率居前5位的藥物。人參味甘補虛,入肺、脾、心經,具有大補元氣、復脈固脫、安神之效,素有“虛勞內傷第一要藥”之稱。《神農本草經》記載人參:“主補五臟,安精神,開心益智”。人參主要成分為人參皂苷、人參多肽、人參多糖及酚類化合物等。現代藥理學研究表明,人參皂苷具有抗阿爾茨海默病、線粒體調節、抗氧化、神經元保護等作用[14]。遠志味苦、辛,入心、肝、脾、腎經,“功善強志益精,治善忘”(《本草綱目》);黃芪甘溫,健補脾土,具有益氣、補血、解毒等扶正之功,研究表明,黃芪皂苷可通過腦腸軸系統,延緩阿爾茨海默病的進程。參芪合用功善調和營衛、溫補脾陽。茯苓,味甘平,補脾陽,生津導氣逐水,味淡能利竅,利竅則開心益智。當歸為血中之氣藥,其味甘氣輕,善入心、肝、脾以滋陰經氣血,具有補氣生精、安五臟、強形體、益神志之效。性味歸經頻次分析可知,藥性以溫、寒、平為主,藥味以甘、辛、苦居多,主歸肝、脾、腎經,《名醫匯粹》云:“脾統諸經之血”,《千金方》云:“腎勞病者,補肝氣以益之”,《張氏醫通》云:“血之源頭在于腎”,因溫熱藥多具有溫中散寒、補火助陽之功,故取其溫補之效;宗《內經》“壯火食氣,少火生氣”之法,酌加寒涼藥,以治寒熱夾雜病癥,突出“當補則補,當瀉則瀉”之學術特點,不拘泥于一味溫補;藥性甘緩補脾腎臟之虛,又能緩和辛、苦之燥烈。說明新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病時宗《內經》“陽生陰長”之法,主導甘溫滋補,少佐補血滋陰之品,以溫腎陽、益脾氣,臨床辨治尤重培補脾腎陽氣。對新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病使用頻率最高的前30味中藥進行Pearson相關分析、Apriori關聯規則分析可知:以黃芪-白術、人參-遠志、白芍-熟地黃、半夏-橘紅、黃精-沙苑子等臨床常用藥對相關系數相對較高;以人參-黃芪,茯苓-人參,當歸-人參為主要常用藥對,其中當歸、黃芪→人參;白術、黃芪→人參;黃芪、石菖蒲→人參為集支持度、置信度及提升度排名前3位的組合;半夏-橘紅取二陳湯之意,除濕化痰;遠志味苦善燥善瀉,與人參為伍,取瀉中有補、豁痰安神益智之效;當歸-黃芪-人參,當歸味甘益血,辛溫活血通利,參芪大補元氣、扶正祛邪、安神益智,三者配伍,共奏補氣養血、健脾和中、調神益智之效;白術-黃芪-人參,黃芪益氣,白術健脾,人參大補元氣,三者配伍功善益氣固表、健脾和中、統血攝津、調補氣血、固本培元以脾腎為先,凸顯新安醫學“固本培元”特色;石菖蒲味辛、苦,開竅醒神。黃芪-石菖蒲-人參三者相伍,加強寧神益智、豁痰開竅醒神之功;白芍-熟地黃、黃精-沙苑子等溫陽補腎、填精益髓之品與參芪同用,益精血、滋腎陰,滋后天補先天,以顧護先天脾與后天腎。說明新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病時倡導“扶陽益陰”,溫補脾腎陽氣為先,同時重視滋補下焦元氣,益氣與溫陽藥有機結合,以達“大補五臟之陽而不燥”之效。

層次聚類分析、因子分析可知,將聚類結果劃分為2類及4類時,人參、石菖蒲、遠志、茯神,當歸、白術、黃芪、川芎……甘草簇集分類始終相同;K-Means 聚類分析,取K=7時聚類結果最有代表性,分別為:1)人參、黃芪大補元氣、健脾益智,遠志、石菖蒲開竅祛痰益智;2)黃精、龍骨、沙苑子滋肝脾腎陰精;3)黃連、桔梗、朱砂瀉心肺積熱,地黃、麥冬滋心肺之陰精;4)橘紅、半夏燥濕化痰,理肺胃之氣,甘草補脾益氣,調和諸藥;5)茯苓健脾寧心;6)巴戟天、地骨皮滋補腎陰、腎陽;7)當歸、白芍、牡丹皮、熟地黃、地黃養血活血涼血、填精益髓,白術、陳皮、炙甘草、茯神健脾益肺、燥濕化痰,肉桂、五味子補腎寧心、益氣生津,酸棗仁養心肝之陰安神;因子分析中F2與2)、F3與1)、F6與4),F1+F4與7)組成成分基本相同具有聚類及降維的特點,F8～F10為單味中藥,分析較其他意義不大。F1黃芪、白術、肉桂、熟地、茯苓和F3遠志、人參、茯神、石菖蒲配伍,善治脾腎虧虛、髓海不足導致的癡呆,因脾腎虧虛、氣血化生無源,髓海不足,黃芪、白術、茯苓合用益氣健脾,肉桂、熟地補腎填精益髓,遠志、人參、茯神、石菖蒲豁痰開竅益智。F4川芎、當歸、陳皮、桔梗與F6半夏、橘紅相伍,增強燥濕化痰、活血祛瘀之功,《醫林改錯》云:“元氣既虛,必不能達于血管,血管無氣,必停留而瘀”,《醫貫》云:“痰也、血也、水也,一物也”。除了注重滋脾腎、培元氣,臨證診療時脾腎虧虛常致機體氣血津液代謝紊亂,運行無力,氣機阻滯,津滯為痰,血聚為瘀、痰瘀膠結,而導致實證較甚,需兼顧豁痰化瘀開竅,以標本同治。可知新安醫學“固本培元法”在辨治阿爾茨海默病時重視元氣在人整體調節中的作用,尤以脾、腎元氣為主。以“脾腎虧虛、痰瘀互結”為基本病機,強調痰瘀其本是脾腎虧虛,應治病求本,培補脾腎元氣,遂痰瘀自消。以“顧護先后天之本、培補脾腎之元氣”為治則,除注重先天腎與后天脾元氣的培補,尤善化痰散瘀,以達“以通為補,以通為用”之功[15]。基于此,楊文明教授傳承新安醫學“固本培元法”之法則,歸納總結阿爾茨海默病基本病機為脾腎虧虛、痰瘀互結,本質為虛實夾雜,守正創新地提出了阿爾茨海默病“本虛-痰瘀致呆”理論[16],并創制以黨參、黃芪、黃精、肉蓯蓉、郁金、石菖蒲、川芎、地龍組方的中藥復方智腦膠囊。方中以黨參易人參,補中氣、健脾肺、養津血,以益先天,用藥清廉(《本草綱目拾遺》指出:“黨參功用,可代人參”);黃芪、肉蓯蓉合用益脾氣、溫腎陽,脾腎兼顧;黃精專補脾胃陰、血之精,滋后天,取黨參、石菖蒲之滋膩,而無生痰濕之虞,功善培補脾腎;石菖蒲為治痰蒙清竅之首品,既能暢心神氣志,又能辛溫利竅;川芎為“血中之氣藥”,行氣活血而化瘀。石菖蒲配川芎,竅開瘀散痰消,神志復聰,功借川芎輕清上逸之性,引藥上行至高巔;加用地龍、郁金與川芎、石菖蒲相伍,以通為補,以通為用,以達強化活血化瘀通絡之效,全方共奏培補脾腎、豁痰開竅、醒神益智之效[17-18]。前期研究發現,其能有效改善輕中度阿爾茨海默病癡呆病人智能,顯著改善阿爾茨海默病模型鼠學習記憶功能,可能與通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/糖原合酶激酶3β(GSK-3β)信號通路,清除大腦皮層及海馬CA1區β淀粉樣蛋白沉積,清除自由基,調節興奮性氨基酸和抑制性氨基酸平衡等,促進阿爾茨海默病模型鼠腦組織蛋白質和核酸的合成代謝等相關機制有關[19-22]。

4 小 結

通過對新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病的用藥特色及組方規律進行研究,可以發現新安醫學“固本培元法”對阿爾茨海默病的辨治頗有特色,宗《內經》“陽生陰長”之法,融會貫通各家之說,以“顧護先后天之本、培補脾腎之元氣”為治則,責清阿爾茨海默病疾病本虛標實,認為其總病機為“髓減腦消,神機失用”,究其根本為“脾腎虧虛、痰瘀互結”,發病以虛、痰、瘀為主要機制,脾腎虧虛為本,傳及心、肝,心、肝、脾、腎四臟功能失調,津液代謝紊亂,日久則成痰濁、血瘀,瘀熱痰熱互結交錯,最終導致“本虛-痰瘀致呆”。用藥以甘溫培補兼豁痰化瘀通絡為要,發揮以通為補、以通為用之功效,常療效顯著。基于R語言挖掘探討新安醫學“固本培元法”辨治阿爾茨海默病臨證處方潛在的用藥特色及組方規律,為中醫藥現代化及守正創新、傳承提供行之有效的方法。