基于數據挖掘對莊禮興教授治療腰痛病用藥規律分析

黃慧儀 羅楷文 于珺 劉健輝 鐘悅 莊禮興

摘要 目的：基于數據挖掘發現莊禮興教授腰痛病用藥規律，為中藥治療腰痛病提供參考。方法：收集莊禮興教授中藥治療腰痛患者病例223例，對符合納入標準病例的處方中的藥物進行統計。運用Microsoft Excel 2010進行中藥性味歸經及頻次統計，運用SPSS Statistics 21.0進行聚類分析和因子分析，利用SPSS modeler 14.1及Gephi 0.92分別進行關聯法則分析和復雜網絡分析。結果：共納入處方223張，涉及中藥116味，其中用藥頻次較高的藥物依次是雞血藤、甘草、白芍、當歸、牛膝;使用頻次>7的藥物，以溫、平和甘、苦、辛味為主，入肝、腎、脾經藥物居多。對高頻藥物因子分析后進行聚類分析，分別形成4個聚類組合。通過關聯規則分析，共得出藥對規則3條。復雜網絡分析形成了以雞血藤、牛膝、當歸、白芍、桂枝、桑寄生、細辛、牛大力、千斤拔、甘草為主的核心網絡。結論：莊禮興教授治療腰痛病時注重活血溫經、補腎祛濕，在臨床常能獲得滿意療效。

關鍵詞 腰痛病;用藥規律;莊禮興教授;數據挖掘;聚類分析;因子分析;關聯分析;復雜網絡分析

Abstract Objective：To summarize the rule of traditional Chinese medicine（TCM） treatment of low back pain by Prof.ZHUANG Lixing by using data mining technique，and to provide references for TCM treatment of low back pain.Methods：A total of 223 cases of Prof.ZHUANG′s patients with low back pain were collected.The drugs in the prescriptions of patients meeting the inclusion criteria were analyzed.Then，Excel 2010，SPSS Statistics 21.0，SPSS modeler 14.1 and Gephi 0.92 were adopted respectively for flavor，meridian tropism and frequency analysis，cluster analysis and factor analysis，association rules analysis and complex network analysis.Results：A total of 223 prescriptions，116 types of herbs were included，among which herbs with the highest frequency were Caulis Spatholobi，Radix Glycyrrhizae，Radix Paeoniae Alba，Radix Angelica sinensis and Radix Achyranthis Bidentatae.In terms of drug′s nature，flavor and channel tropism，Chinese medicines whose frequency were more than 7 were mainly warm and mild in nature，bitter，sweet，pungent in flavour，and were distributed to liver，kidney and spleen channel.Factor analysis were conducted on Chinese medicines of high-frequency，which could form 4 clusters combination.According to association rule analysis，3 drug pairs were found.Complex network analysis formed a core network of Caulis Spatholobi，Radix Achyranthis Bidentatae，Radix Angelica Sinensis，Radix Paeoniae Alba，Ramulus Cinnamomi，Herba Taxilli，Herba Asari，Millettia speciosa Champ，Flemingia philippinensis Merr.et Rolfe and Radix Glycyrrhizae.Conclusion：Professor ZHUANG Lixing pays attention to activating blood circulation，warming channnels，tonifying kidney and removing dampness in the treatment of low back pain，from which satisfactory results can often be obtained clinically.

Keywords Low back pain; Prescribing regularity; Professor ZHUANG Lixing; Data-mining; Cluster analysis; Factor analysis; Association rule analysis; Complex network analysis

中圖分類號：R243文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.13.024

腰痛是指腰部感受外邪，或因勞傷，或由腎虛而引起氣血循行不暢，或腰府失于精血濡養，使腰部一側或兩側疼痛為主癥的一類病證，包括西醫學外傷腰痛、腰肌勞損、腰椎間盤突出癥等引起的腰痛。腰痛的病因病機復雜，如《證治準繩·腰痛》言：“有風、有濕、有寒、有熱、有挫閃、有瘀血、有滯氣、有痰積，皆標也，腎虛其本也。”腰為腎之府，概由現代伏案勞作的人居多，久坐傷氣，使腎氣虛弱，易受外來邪氣侵入，壅滯經絡，邪氣長久客于腰，又傷及腎臟，如此循環往復，使疾病反復發作，嚴重影響患者生命質量。現收集莊禮興教授治療腰痛病有效中藥處方223張，結合多元統計與復雜網絡方法，以探析其組方規律。

1 資料與方法

1.1 一般資料 所有中藥處方均來源于2009年9月至2019年9月廣州中醫藥大學第一附屬醫院莊禮興教授門診病例，共計有效中藥處方223張。

1.2 納入標準 1）符合國家中醫藥管理局2016年頒布的《中醫病證診療標準》中對于急性腰扭傷、腰椎間盤突出癥、腰肌勞損等中醫腰痛所涵蓋的西醫病名中的診斷標準[1];2）符合腰痛診斷標準，并且無其他并發癥;3）具備完整的門診病歷資料;4）患者配合，同意服用中藥治療，定期復診，可進行療效及安全性判定。

1.3 排除標準 1）符合腰痛診斷標準，但同時兼有其他骨科疾病或有腰椎手術史;2）西藥及中成藥物干預治療較多者;3）病程中短時間內出現臨床癥狀明顯加重者。

1.4 資料提取 根據納入、排除標準，由1名研究人員對所收集的醫案進行篩選。同一患者如接受不同處方用藥的多次就診，并經復診驗證取得療效，則記為多個病案。研究者運用Microsoft Excel 2007錄入資料，內容包括各個醫案中患者的臨床就診信息、疾病中西醫診斷、具體藥物、藥物劑量等。資料錄入完成后由另1名研究人員審核，確保錄入信息準確無誤。

1.5 數據處理

1.5.1 數據清洗與預處理 根據全國中醫藥行業高等教育“十二五”規劃教材《中藥學》[2]中的相關標準對所納入文獻中的中藥進行統一規范。若同種藥物因產地、炮制方式的不同采用不同的名稱，則規范為1種名稱，計為1味藥，如“關黃柏”統一為“黃柏”，“法半夏”統一為“半夏”。

1.5.2 數據的量化 將收集整理的用藥數據進行二分類變量數據轉換，即在病案中出現的中藥，按“有=1”“無=0”賦值[3]。

1.6 統計學方法

1.6.1 聚類分析、因子分析 二者都是通過數據建模簡化數據的一種方法。聚類分析集中對特定的聚簇集合進一步分析，同一個類中的對象相似性較大，而類與類之間相異性較大[4];因子分析是把原始變量分解為公共因子和特殊因子，根據相關性大小把變量分組，使同組內的變量之間相關性較高，不同組的變量相關性較低，為求用最少的公共因子來綜合反映原始變量的主要信息[5]。本研究擬運用SPSS Statistics 21.0軟件采用Ward法進行聚類分析，采用主成分分析法進行因子分析。

1.6.2 關聯分析、復雜網絡分析 關聯分析是形如X→Y的蘊涵式，在中藥用藥規律的研究中，通過分別設定支持度、置信度、提升度的閾值可獲取聯系密切的中藥間的關聯[6];復雜網絡是大量真實復雜系統的拓撲抽象，通過保留系統內部的關聯關系，過濾其他冗余的信息，可以更突出復雜系統的內部特征[7-8]。復雜網絡分析可將方藥配伍信息進行深層次挖掘分析，得到方藥配伍的核心和共性規律。本研究擬運用SPSS modeler 14.1軟件采用Aprior算法進行關聯分析和Gephi 0.92軟件采用力導（FR）算法布局進行復雜網絡分析。

2 結果

2.1 藥物使用頻次分析 223張處方共涉及藥物116味，單處方中藥味數最多為11味，最少為7味，平均（9.8±0.58）味，將全部藥物中頻次>7的中藥降序排列，其中使用頻次>100者為雞血藤、甘草、白芍、當歸、牛膝;頻次較低者為五指毛桃、龜甲，頻次均為8。見表1。

2.2 藥物性味頻次分析 對使用頻次>7的藥物進行四氣五味頻次統計。從藥物四氣規律分析，使用最多的是溫性藥物，其次是平性藥物;從藥物五味規律分析，使用最多的是甘味藥物，其次是苦味、辛味藥物;從歸經頻次統計分析，以入肝、腎、脾經的藥物較多，其次是入肺、心經的藥物。見表2。

2.3 藥物因子分析 對使用頻次≥40的藥物進行KMO和Bartlett的球形度檢驗，結果顯示，Bartett檢驗P=0<0.001，說明各變量具有相關性，KMO值為0.704，表明變量間相關性較強，適合作因子分析。采用主成分分析法提取因子，當特征值>1時，提取出5個公因子，累計貢獻率為62.981%，使用最大方差法正交旋轉，經迭代后選擇載荷系數絕對值>0.4的因子解釋公因子含義。見表3。

2.4 藥物聚類分析 通過因子載荷矩陣計算因子得分系數，再根據因子得分系數和原始變量的標準化計算每個樣本的因子得分，把因子得分變量作為新變量進行聚類分析，對中藥重新分類[5]。結合莊教授治療腰痛的臨床辨證特點，將藥物聚類為4組：C1組“牛大力-千斤拔”，C2組“延胡索-甘草-白芍-海風藤-川芎”，C3組“桂枝-附子-細辛-大棗”，C4組“牛膝-薏苡仁-當歸-雞血藤-桑寄生”。分類結果見圖1，表4。

2.5 藥物關聯分析 將223條處方數據導入，使用關聯規則進行分析，支持度為前后項同時出現占所有處方的比例，表示規則的普遍性與實用性。置信度為前項出現后項同時出現的比例，表示規則的確定性。提升度反映了關聯規則中前后項的相關性，當提升度>1且越高，表示正相關性越高;若提升度<1且越低，則負相關性越高;若提升度=1，表明沒有相關性。通過兩藥關聯結果顯示：常用藥對為當歸-雞血藤、白芍-雞血藤、白芍-甘草的不同組合。見表5。

2.6 藥物復雜網絡分析 利用Gephi分別對頻次≥40的中藥處方進行數據可視化分析，將中藥作為節點，節點的度反映了一個節點對于其他節點的直接影響力，若度值越大，則與之配伍的中藥越多[9]。將2味中藥之間的配伍關系作為邊，若2味中藥同時出現在一個處方的次數越多，則邊的權重越大。節點的加權度為與此節點連接的邊的權重之和，能分析處于網絡中心最有影響力的節點，適用于復雜網絡的重要性評估指標[10-11]。

僅從節點度的大小不能準確表達網絡中節點的重要性，因此應用加權度指標對中藥節點進行排序[7]。加權度值越高的節點越大，體現該中藥越重要;權重越大的邊越粗，體現中藥間配伍關系越重要。其中加權度>130的中藥共10味，即雞血藤、牛膝、當歸、白芍、桂枝、桑寄生、細辛、牛大力、千斤拔、甘草。見表6，圖2。

3 討論

3.1 中藥性味歸經與頻次分析

本研究納入的223張處方中，單處方用藥平均（9.8±0.58）味，說明莊禮興教授用藥均衡而精簡。

3.1.1 四氣 從藥物四氣規律分析，使用最多的是溫性藥物，其次是平性藥物，寒、涼、熱性藥物使用最少;從藥物五味規律分析，使用最多的是甘味藥物，其次是苦味、辛味藥物。嶺南地區雖為濕熱之地，寒者熱之、熱者寒之是古今用藥之法則。莊教授卻多用甘溫性藥物，少用寒涼藥物，原因為：1）因生活在嶺南地區的人常受溫暖潮濕的氣候影響，脾喜燥惡濕，水濕易困遏脾氣、損傷脾陽，使脾氣虛衰，脾陽不振，影響水谷之精的運化及氣血津液的生成。寒涼之藥為陰邪，所謂“陰勝則陽病”，過度使用寒涼藥物使原本受損的脾陽更虛弱，導致氣血生化不足，腰府失于濡養，筋脈拘急，痹痛麻木;另有試驗研究顯示，短時且連續的寒涼刺激能使大鼠胃部表面溫度下降，影響腸道菌群變化，使大鼠出現脾胃虛寒的癥狀，如《黃帝內經》所言“寒濕于內，治以甘溫”[12]。2）體現了腰痛病多以寒濕為標，可能與脾胃虛衰，病多從寒化相關。辛溫能散能行，不僅散內外之邪，且能活血行氣，通陽宣瘀。但南方地區炎熱，熱氣升發，人體陽氣外浮，腠理開疏，陽氣容易外泄，過多用辛味藥物易造成耗氣過度。《素問·臟氣法時論》中“脾苦濕，急食苦以燥之”，苦能泄能燥，能泄實邪且清熱降氣祛水濕[13]。甘味緩急止痛，且祛寒濕以促進氣血津液輸布暢通。避免使用寒涼藥物，減少辛味藥物用量，體現出莊教授“因地制宜、因人制宜”的治療原則。

3.1.2 歸經 中藥歸經是藥物作用的定位概念，從腰痛病用藥歸經分布可以發現，以肝、腎、脾3經為主，如《素問·痿論篇》所載“肝主身之筋膜，脾主身之肌肉，腎主身骨髓”。莊教授認為腰痛病與肝、腎、脾臟有密切聯系。《靈樞·經脈》言：“肝，足厥陰之脈……是動則病，腰痛不可以俯仰。”肝主筋，腎主骨，風、寒、濕、熱之邪侵犯經絡，致使腰部經絡痹阻，氣血瘀滯不通;實證遷延不愈，邪留傷肝腎，可使疾病由實轉虛，病久則肝腎虧虛。《景岳全書·卷二十五》載“腰痛腎虛十居八九”，緣先天稟賦不足，或年老致肝血不榮，腎精不充，無以濡養筋骨經脈，使其更易受外邪侵襲加重病情。莊教授認為本病病性多屬本虛標實，在補肝腎、祛外邪的同時需要顧護脾胃。《本草經疏》云：“脾虛則濕氣下流客腎，故腰痛得補則脾氣運而上行，故腰痛自愈。”嶺南地區氣候濕熱，濕性重著，其性重著、黏滯，留滯筋骨肌肉，痹阻氣血，熱與濕合，或濕蘊生熱而滯于腰府。濕能閉阻經脈，亦可耗損脾氣，因此莊教授在用藥上多使用性味平和之藥，少用苦寒之物免傷脾胃，如使用當歸四逆湯少用通草，適當使用健脾祛濕之品如茯苓、白術等以補養脾胃，養后天資先天。

3.1.3 使用頻次 中藥使用頻次的分析結果可見，雞血藤頻次高達94.8%，所謂“初為氣結在經，久則血傷入絡”，腰痛病情纏綿反復難愈，和絡病吻合[14]。莊教授善用藤類藥，《本草便讀》云：“凡藤蔓之屬，皆可通經入絡。”以藤類藥取類比象，取其舒展蔓延之性。雞血藤為活血化瘀藥中唯一的藤類藥，莊教授重用30 g取其入絡通瘀滯之效。用藥頻次之高說明莊教授認為化瘀通絡為重要治法，痛則不通，不通則多有瘀血阻滯經絡，因此無論補肝腎或是祛風濕，均配伍活血化瘀之劑以補血活血，通絡止痛。

3.2 因子分析與聚類分析意義

因子分析與聚類分析二者均為多元統計分析，各有優缺點，為了避免聚類分析出現無關聯的事物關系，本研究結合2種分析方法，采用頻次分析得出頻次較高的中藥，然后采用因子分析進行降維，以減少中藥研究的個數，找出公因子來闡釋各個中藥的特征，最后將提取的公因子聚類分析，得出各個中藥的組合分類，即強腎補虛類、止痛類、溫經通脈類和祛風濕活血類[15]。

3.2.1 C1藥組 牛大力、千斤拔以強腎補虛為主，牛大力、千斤拔都是嶺南地區常用的中草藥，牛大力味甘、性平，歸腎、肺經，《生草藥性備要》中：“壯筋活絡，補虛潤肺。”現代藥理研究也表明，牛大力有抑制破骨細胞活性、抗炎及促進免疫細胞活性以提高機體免疫力等功能，是牛大力強筋壯骨、強身補虛的藥理學基礎之一[16]。千斤拔味甘、淡、澀、平，性辛溫，歸肝、腎經，《植物名實圖考》記載“千觔拔，補氣血，助陽道;山豆，治跌打，能行兩腳”，說明千斤拔具有補脾胃、益肝腎、強腰膝等功效。滕建北等[17]用二甲苯誘發小鼠耳郭腫脹，冰醋酸及熱板刺激小鼠產生疼痛，結果顯示千斤拔的水提液能有效抑制小鼠的腫脹及疼痛，具有鎮痛和消炎的作用，佐證了千斤拔具有消瘀血、祛風濕的作用。研究發現，千斤拔、牛大力含有黃酮類化合物成分，黃酮類化合物具有清除自由基、抗氧化、抗腫瘤、抗細菌病毒和調節免疫、消炎鎮痛等功效，印證了牛大力、千斤拔具有祛風除濕、強筋壯骨的功效[18-19]。此2味藥物性味甘平，因其強腎補虛之功較強，堪稱“南藥兩壯士”。廣東人服用補益的滋膩之品多易出現“上火”現象，年邁者尤甚，因其脾胃已弱，運化無權。二藥配伍收補益之功而無壅滯燥熱之弊，祛邪不傷正，適合久虛之人。

3.2.2 C2藥組 由延胡索、甘草、白芍、海風藤、川芎組成，體現活絡止痛的特點。延胡索、川芎能行血中氣滯，氣中血滯，治一身上下諸痛;“南藥”海風藤兼能祛風濕以治其標;甘草配伍白芍酸甘養陰，緩急止痛。莊教授認為腰痛病屬于“痹癥”范疇，氣虛或氣滯血瘀，導致肌肉、關節疼痛麻木時常配合使用。

3.2.3 C3藥組 桂枝、附子、細辛、大棗為“當歸四逆湯”的重要組成，當歸四逆湯源于仲景《傷寒論》，其記載“手足厥寒，脈細欲絕者，當歸四逆湯主之”，主要發揮溫經散寒之效，歷代醫家對當歸四逆湯的病機有不同的認識，對其運用也頗多。有醫家認為當歸四逆湯為桂枝湯的變方，桂枝湯可調營和衛，當歸四逆湯也有調補營衛、養氣血、通脈絡的作用[20]。陳恭溥在《傷寒論章句方解·卷下》講到：“當歸四逆湯，調補氣血，通脈活絡之方也。”實驗研究結果表明，當歸四逆湯具有鎮痛、抗炎消腫的功效[21]。莊教授認為外感寒濕之氣或是腎陽不足，患者多呈現舌淡暗、苔白膩之寒象，以辛香走竄之細辛搜刮表里，祛風止痛;以溫陽通絡之桂枝，“以枝走肢”;以辛甘大熱之附子溫經扶陽，鼓邪外出;以甘溫之大棗補營血，防桂枝、細辛燥烈太過，耗傷陰血，資脾胃以化氣血之源，濡養腰府，并助經脈、和陰陽、調營衛。上4藥合用，共奏溫經通絡、祛風散寒之功。

3.2.4 C4藥組 藥組中牛膝、薏苡仁、當歸、雞血藤、桑寄生以祛風濕、活血祛瘀為要，體現濕邪偏勝，日久夾瘀的病機。《本草經疏》曰：“痹者，血分為邪所客，故拘攣而痛也。風、寒、濕三者合而成痹，血行則邪不能客，故痹自除也。”桑寄生性平，味苦甘，入肝、腎經，既能祛風濕，又能養血、益肝腎、強筋骨，以補為主。薏苡仁性燥能除濕，味甘能入脾補脾，兼淡能滲泄，莊教授多用薏苡仁、牛膝取四妙散之意，少用苦寒之黃柏免傷脾胃。當歸、牛膝、雞血藤同入血分，其中當歸屬補血藥，補血作用最強;雞血藤補血功效較之為次，其活血之力強于補血之功;牛膝祛瘀且能益腎利腰，通利經脈，并能引藥下行。

3.3 關聯規則與復雜網絡分析意義 關聯規則的優勢在于置信度的計算，衡量了規則的可信度。復雜網絡提取中藥配伍的方式為計算邊權重的值，相當于支持度的值，缺少了置信度的評估。使用FR布局會更加體現節點的同質性，具有共同交集越多的節點，他們聚在一起的可能性越高，而處于中心位置的幾個節點則是這些節點的中心，該算法的優勢在于尋找網絡中信息的源頭或者比較有影響力的因素[22]。我們采用Aprior算法得出高頻藥物的關聯規則，確保2個藥物的配伍關系可信，然后利用Gephi分析網絡圖整體觀察單個藥物節點與其他所有節點的關系，形成以雞血藤、牛膝、當歸、白芍、桂枝、桑寄生、細辛、牛大力、千斤拔、甘草為主的核心處方，結果體現出活血、散寒、祛濕、補腎等功效特點。

從關聯分析規則看，常用藥對均以活血止痛為主。“當歸-雞血藤”藥對中，當歸味甘、辛，性溫，歸肝、心、脾經，據《景岳全書·本草正》記載，其味甘而重，故專能補血;其氣輕而辛，故又能行血。雞血藤味苦、甘，性溫，歸肝、腎經，《飲片新參》言其能“去瘀血，生新血，流利經脈。”研究表明，當歸和雞血藤皆能促進造血，增加紅細胞的生成[23]。腰痛患者久病多虛多瘀，二藥合用以補血活血，使用藤類藥物更增強疏達經絡之效，對腰椎間盤突出伴坐骨神經痛的患者療效更佳。藥對“白芍-甘草”中，取芍藥甘草湯之意，白芍與甘草配伍酸甘化陰，能舒筋解痙。坐骨神經痛常致患者產生腿部拘急感，《方極》云“芍藥甘草湯治腳攣急”，現代藥理研究表明，芍藥苷有鎮靜、解痙和抗炎等作用，甘草的甲醇提取物FM100有鎮痛、解痙等作用[24]。莊教授重用白芍30 g突出柔筋緩急作用，能較明顯地緩解患者疼痛癥狀。

本次數據挖掘運用多元統計和復雜網絡方法，避免了單一統計方法的缺點和局限性，更全面地挖掘莊禮興教授的用藥規律，體現了莊教授用藥“因地制宜、因人制宜”，結合嶺南地區氣候特點及脾胃虛衰，使病多從寒化。莊教授認為腰痛病多以肝脾腎虛為本，以寒濕為標，以血瘀貫穿疾病的發展，治療以活血溫經為主，兼顧補益肝腎、祛風除濕，適當加入健脾益氣之品。本研究不足之處在于選擇的處方數偏少，現病史不全，未能分析用藥與癥狀的關系。今后當更加深入和全面地挖掘和繼承莊禮興教授的學術思想，為臨床治療腰痛病拓寬思路和方法。

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（2020-04-15收稿 責任編輯：芮莉莉）