應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究麻杏石甘湯方中麻黃對甘草酸含量的影響

1、應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究麻杏石甘湯方中麻黃對甘草酸含量的影響                    作者：武孔云，梁光義，賀祝英，靳鳳云，孫超，李星 【摘要】   目的考察麻杏石甘湯中不同組方配伍對甘草酸含量的影響。方法采用混料均勻設(shè)計(jì)法，固定麻杏石甘湯中的甘草量，將其他藥材(麻黃、杏仁、石膏)作為可變因素，以甘草酸的測定量作為考察指標(biāo)，應(yīng)用BP(back propagation)神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 模型

2、對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、預(yù)測。結(jié)果 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對麻杏石甘湯方中甘草酸含量的預(yù)測值可用。結(jié)論在一定范圍內(nèi)甘草酸含量隨著麻黃用量(1.099 811.423 1 g)的增大而增大;麻黃用量超過11.423 1g后，方中甘草酸含量穩(wěn)定在7.444 2 mg/g。 【關(guān)鍵詞】   麻杏石甘湯; 混料均勻設(shè)計(jì); 甘草酸; BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Abstract：ObjectiveTo investigate the effect of Ephdra vulgaris in Maxingshigan Decoction on glycyrrhizic acid content. MethodsThe g

3、lycyrrhizic acid content in Maxingshigan Decoction was fixed with tempering uniformity , other medicinal materials (ephdra vulgaris, almond, plaster) were used as variable factors,and the content of glycyrrhizic acid was used as inspection target,tested data were studied and forcasted with back prop

4、agation neural network model.ResultsThe forecasted and measured value of glycyrrhizic acid contents were the same as BP neural network model. The forecasted value in Maxingshigan Decoction was available with BP neural network model. ConclusionThe content of glycyrrhizic acid augmented when ephdra co

5、ntent (1.099 8 11.4231 g) was increased within limits. When the ephdra vulgaris content exceeded 11.433 1 g, glycyrrhizic acid content was 7.444 2 mg/g steady.Key words： Maxingshigan decoction; Tempering equation design; Glycyrrhizic acid; BP neural network麻杏石甘湯一方出自東漢名醫(yī)張仲景傷寒論一書，由麻黃6 g，苦杏仁9 g，甘草6 g，石

6、膏24 g組方，該方具有辛涼宣肺、清熱平喘之功效，主治表邪未解，肺熱咳喘證。原方各藥用量為：麻黃四兩，杏仁五十個(gè)，炙甘草二兩，石膏半斤。根據(jù) 現(xiàn)代 臨床經(jīng)驗(yàn)證明，石膏用量的大小在麻杏石甘湯 治療 咳喘癥的療效上起到了關(guān)鍵的作用，重用石膏能夠使該方的療效大大提高，使咳喘諸癥更快得到緩解1。為了研究麻杏石甘湯中麻黃藥材對甘草酸溶出的影響因素，我們運(yùn)用混料均勻設(shè)計(jì)法在保證麻杏石甘湯處方量的前提下，對各提取液的甘草酸用HPLC進(jìn)行了含量測定，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對測定結(jié)果進(jìn)行了分析。此工作對闡明復(fù)方配伍原理有一定的意義?，F(xiàn)報(bào)道如下。 1 儀器與試藥 美國Agilent1100高效液相色譜儀，包括Agilen

7、t-G1312A二元泵，G1315B二極管陣列檢測器，G1313自動(dòng)進(jìn)樣器，G1316A柱溫箱，G1322A真空脫氣機(jī)，Agilent-A.08.03847化學(xué)工作站;超聲波清洗機(jī)(HS10260D，10L);800型離心沉淀器(25 W，最高轉(zhuǎn)速4 000 r/min，上海手術(shù)器械廠)。藥材經(jīng)貴陽中醫(yī)學(xué)院董麗莎教授鑒定，麻黃(批號2005601)為麻黃科植物草麻黃Ephedra sinica Stapf;甘草(批號2005601)為豆科植物甘草Glycxycrrhiza uralensis Fisch.;苦杏仁(批號2005601)為薔薇科植物杏Prunus armeniaca L.的干燥成

8、熟種子;石膏(批號20041010)為硫酸鹽類礦物硬石膏族石膏Gypsum Fibrosum.。以上藥材均購于貴州圣濟(jì)堂制藥有限公司。甘草酸單銨鹽( 中國 生物制品鑒定所，批號：0731-9704)對照品;麻杏石甘湯傳統(tǒng)復(fù)方湯劑(自制);甲醇為色譜純，醋酸胺、冰醋酸為分析純，水為重蒸餾水(自制)。 2 方法與結(jié)果 2.1 色譜條件色譜柱為Diamonisl C18柱 5m(250 mm×4.6 mm);流動(dòng)相為甲醇-0.2 mol/L醋酸胺溶液-冰醋酸(67331);流速1 ml/min;檢測波長為250 nm(甘草酸單銨鹽在200400 nm掃描在250 nm處有最大吸收);柱溫2

9、5。進(jìn)樣量為5l，在上述條件下，甘草酸與雜質(zhì)峰可完全分離，空白樣品無干擾。見圖1。2.2 對照品溶液的制備精密稱取甘草酸單銨鹽對照品11.28 mg，置50 ml量瓶中，用流動(dòng)相溶解并稀釋至刻度，搖勻，即得(每毫升甘草酸單銨鹽對照品0.225 6 mg，折合甘草酸為0.221 mg)。2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制分別精密吸取甘草酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，用流動(dòng)相稀釋配制濃度分別為0.044 2，0.088 4，0.132 6，0.176 8，0.221 0，0.265 2 mg/ml的甘草酸系列對照品溶液。精密吸取上述甘草酸系列對照品溶液各10 l，按上述色譜條件依次測定，記錄色譜，以峰面積積分值(A)對進(jìn)樣量(

10、C)進(jìn)行線性回歸，得回歸方程：A= 710.033C +2.967，r =0.999 9，甘草酸單銨鹽在0.4422.652 g間濃度與峰面積的線性關(guān)系良好。2.4 精密度實(shí)驗(yàn)考察精密吸取同一對照品溶液10 l，重復(fù)進(jìn)樣6次，RSD=0.83%，表明精密度良好。a-甘草酸單銨鹽 b-傳統(tǒng)湯劑 c-缺炙甘草傳統(tǒng)湯劑陰性對照圖1 樣品HPLC圖2.5 穩(wěn)定性考察精密吸取供試品液各10 l，照上述色譜條件，每2小時(shí)測定1次，各測5次，RSD=0.79%，表明供試品液在8 h內(nèi)穩(wěn)定。2.6 回收率考察稱取各味藥材9份，精密按表1中的加入量加入甘草酸單銨鹽對照品，按上述條件各制備高、中、低濃度的供試液各

11、3份，并按色譜條件項(xiàng)下進(jìn)樣，測定峰面積，記錄色譜圖， 計(jì)算 。結(jié)果見表1。表1 甘草酸加樣回收率測定結(jié)果麻杏石甘湯混料均勻設(shè)計(jì)2處方組合：為考察處方組合對甘草酸含量的影響，固定各組合中炙甘草的處方量為6 g，對處方中其余三味藥材采用混料均勻設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，由DPS軟件生成混料均勻設(shè)計(jì)表(見表2)。麻杏石甘湯整個(gè)處方總量為45.0 g，由于炙甘草稱樣量為6.0 g，則其余三味藥材的藥材量為39.0 g。根據(jù)不同配比組方稱取藥材，按照麻杏石甘湯傳統(tǒng)復(fù)方湯劑的制備方法分別對9個(gè)組合進(jìn)行制備。具體組方配比見表2。即按照各組合的不同組方配比稱取藥材，加10倍量水常溫浸30 min，煎煮保持微沸30

12、min，趁熱過濾，濾渣加7倍量水煎煮保持微沸20 min，趁熱濾過，合并2次濾液，藥渣水洗3次，與濾液合并，減壓濃縮，定容至50 ml容量瓶中，每一復(fù)方號同法平行制備3份，即得。表2 混料均勻設(shè)計(jì)的方案及藥材配比組合藥材稱樣量(g)為3次平行實(shí)驗(yàn)稱樣量的平均值 2.7 供試品溶液的制備精密吸取各組方試液各2 ml，置25 ml容量瓶中，加流動(dòng)相約20 ml，超聲處理(功率250 W，頻率20 kHz)20 min，取出，放冷，加流動(dòng)相定容至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液用0.45 m的微孔濾膜濾過，即得。2.8 含量測定取各組供試液進(jìn)樣，在上述色譜條件下進(jìn)行測定，測定不同組方配伍中甘草酸的含量。結(jié)

13、果見表3。表3 混料均勻設(shè)計(jì)麻杏石甘湯不同組方配伍中甘草酸的含量2.9 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 模型的建立及參數(shù)設(shè)定為避免使網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化，增加網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)間和出現(xiàn)“過擬合”的傾向。我們應(yīng)用DPS39.01軟件，建立含有一個(gè)隱層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)建麻杏石甘湯的藥材用量與甘草酸含量指標(biāo)的非線性影射模型。選取麻杏石甘湯中可能影響甘草酸含量的3味藥材作為輸入層神經(jīng)元，以甘草酸含量指標(biāo)作為輸出神經(jīng)元，根據(jù)確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)的基本原則和經(jīng)驗(yàn)，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)確定為2。采用誤差反向傳遞學(xué)習(xí)算法(BP算法)，建立起拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為3-3-1的藥材用量與甘草酸含量指標(biāo)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。初始權(quán)值的確定，由DPS產(chǎn)生一組-0.5+0.

14、5隨機(jī)數(shù)，作為網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值;最小訓(xùn)練速率，訓(xùn)練速率越大全重變化越大，收斂越快，但是過大易引起系統(tǒng)震蕩，故訓(xùn)練速率在不引起系統(tǒng)震蕩的前提下越大越好，一般由經(jīng)驗(yàn)而定，本研究取0.1;動(dòng)態(tài)參數(shù)，一般也由經(jīng)驗(yàn)決定，本研究取0.6;允許誤差，本研究取值0.000 1;迭代次數(shù)，取值1000;Sigmoid參數(shù)，本研究取值0.9。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)，將表3中9個(gè)處方的不同藥材量及其甘草酸含量輸入DPS，并定義為塊，輸入上面所選擇的各項(xiàng)參數(shù)，讓BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差曲線如圖2所示。結(jié)果表明，所建立的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有較好的收斂性，可用于麻杏石甘湯甘草酸含量的預(yù)測。圖2 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差曲線

15、2.10 用BP模型預(yù)測甘草酸含量固定處方中苦杏仁、石膏的用量，麻黃由1.099 8 g增加到29.807 7 g，帶入BP模型，預(yù)測結(jié)果見表4。表4 麻黃量引起的甘草酸變化的預(yù)測結(jié)果 3 結(jié)論 通過甘草酸含量的預(yù)測值(見表4)，從中我們可以看出，麻杏石甘湯中麻黃用量的變化可引起方中甘草酸含量的變化。在一定范圍內(nèi)甘草酸含量隨著麻黃用量(1.099 811.423 1 g)的增大而增大;麻黃用量超過11.423 1 g后，方中甘草酸含量穩(wěn)定在7.444 2 mg/g。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，要求試驗(yàn)數(shù)據(jù)涵蓋面廣，故我們采用混料均勻設(shè)計(jì)處方，其目的是使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均勻分布在所要求的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)具代表性的目的;通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對我們感興趣的目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，可產(chǎn)生與實(shí)測值相吻合的大量預(yù)測值，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、節(jié)約經(jīng)費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)的目的。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型首次用于研究麻杏石甘湯方中的麻黃對甘草酸含量的影響，取得較好的結(jié)果，基本與我們以前的研究結(jié)果相一致4，說明將其應(yīng)用于復(fù)方研究，探討復(fù)方各組分之間的關(guān)系，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 【 參考 文獻(xiàn) 】   1 陳雪梅.麻杏石甘湯中石膏用量的重要性J.四川中醫(yī)，2001，19