謝國梁，王銳，于鶴丹，孟永海

(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

醒神貼是將傳統(tǒng)的芳香開竅藥—樟腦、薄荷腦重新包合制備而成的一種新型中藥經(jīng)皮給藥貼劑，具有芳香開竅、清涼散熱、醒腦提神之功效。其基質(zhì)研究的目的主要是考察基質(zhì)處方中保濕劑、膠粘劑、賦形劑等因素對(duì)于藥物載藥量、粘性等各指標(biāo)的影響。原試驗(yàn)是利用正交設(shè)計(jì)和極差分析法確定基質(zhì)成分含量的，但此法考察水平少且并沒有考慮到各因素間為混料制約關(guān)系和存在較多指標(biāo)。本文中擬利用一種新型回歸算法—偏最小二乘(Partial Least－Squares，下簡稱PLS)法［1］對(duì)于混料均勻設(shè)計(jì)下的試驗(yàn)結(jié)果重新建立基質(zhì)成分預(yù)測模型，為進(jìn)一步開展PLS算法在中藥制劑處方領(lǐng)域的應(yīng)用探索做準(zhǔn)備。

1 試驗(yàn)方法

1．1 試驗(yàn)因素水平

醒神貼基質(zhì)中各成分的含量所占比例會(huì)對(duì)指標(biāo)的結(jié)果產(chǎn)生根本影響，所以考察其處方的研究實(shí)際是一種配方配比問題(混料問題)，即考察各成分在總處方中所占比例。本文簡化處方組成為下列四個(gè)因素:各保濕劑(甘油)含量x1(%):5－45;含濕量(水比例)x2(%):15－50;膠粘劑(聚丙烯酸鈉)含量x3(%):5－30;賦形劑(高嶺土)含量x0(%):3－20。其中各因素間存在混料制約關(guān)系:x1+x2+x3+x0=100。

1．2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

以測定的初粘力y1(cm)、持粘力y2(秒)、剝離強(qiáng)度y3(秒)、載藥量(mg)作為巴布劑黏附力考察指標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化。

1．3 載藥量方法學(xué)考察

取去除背襯和防粘層的供試品貼片2．5g，加少量內(nèi)標(biāo)溶液，超聲不少于30min，再用0．45μm微孔濾膜過濾其雜質(zhì)，做為供試品溶液。精密稱取萘1g，加無水乙醇置制成2mg/mL的內(nèi)標(biāo)溶液．另取薄荷腦25mg，置于10mL棕色容量瓶中，加內(nèi)標(biāo)溶液定容至刻度．將濾液加內(nèi)標(biāo)溶液定容于10mL容量瓶中，做為對(duì)照溶液。按氣相色譜法(中國藥典2010年版一部)色譜柱PEG－20M填充鋼柱，柱溫為135℃，進(jìn)樣口溫度為220℃，F(xiàn)ID 檢測器，220℃，進(jìn)樣量 2．0μL。經(jīng)空白試驗(yàn)、精密度試驗(yàn)、重復(fù)性試驗(yàn)等方法學(xué)考察合格后測定其載藥量。

1．4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

由于醒神貼基質(zhì)成分間存在有混料制約關(guān)系，即x1+x2+x3+x0=100。且各因素上下限間的水平數(shù)較多，因此此處采用帶上下限的混料均勻設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在均勻設(shè)計(jì)表U11(115)基礎(chǔ)上安排的試驗(yàn)方案［2］和制備結(jié)果如表1。

2 結(jié)果分析

對(duì)于表1的混料均勻設(shè)計(jì)結(jié)果通過SAS統(tǒng)計(jì)軟件建立初粘力y1的PLS預(yù)測二次回歸模型［3］(選擇3個(gè) PLS 成分因子):y1=6．2409+0．0072x1+0．0005x2+0．0580x3+0．0002 x12+0．0001x1x2+0．0017x1x3+5×10－5x2

2+0．0017x2x3+0．0017 x32(x0由x0=100－x1－x2－x3確定)，再利用 lingo優(yōu)化軟件對(duì)方程優(yōu)化［4］，求得當(dāng)保濕劑 x1=45(%)，含濕量x2=22(%)，膠粘劑x3=30(%)，賦形劑x0=3(%)時(shí)，初粘力最優(yōu)值 y1max=13．79。

表1 帶上下限的混料均勻設(shè)計(jì)結(jié)果

同理，持粘力 PLS模型 y2=8．7554+0．0069x1－0．0403x2+0．0357x3+0．0001 x12－0．0013x1x2+0.0014x x－0．0006 x2+3 × 10－5x x+0．0009 x2，

132233當(dāng) x1=45(%)，x2=15(%)，x3=30(%)，x0=10(%)時(shí)，最優(yōu)值 y2max=11．44。

剝離強(qiáng)度 PLS模型:y3=15．3137+0．0161x1+0.0179x2+0．1887x3+0．0004 x12+0．0008x1x2+0.0052x x+0．0004 x2+0．0058x x+0．0055 x2，

132233當(dāng) x1=17(%)，x2=50(%)，x3=30(%)，x0=3(%)時(shí)，最優(yōu)值 y3max=40．24。

載藥量 PLS模型:y4=0．2932+0．0150x1+0.0242x2+0．0285x3+0．0003 x12+0．0012x1x2+0.0008x1x3+0．0004 x22+0．0014x2x3+0．0009 x32，當(dāng)x1=17(%)，x2=50(%)，x3=30(%)，x0=3(%)時(shí)，最優(yōu)值 y4max=8．04。

此時(shí)建立的回歸方程預(yù)測殘差平方和SPress，3=4．5976最小，可解釋的自變量集變差的百分比達(dá)到98．49%，可解釋因變量集變差的百分比達(dá)到80.36%，建立的PLS回歸方程很好。

為確定綜合最佳配方，通過最小二乘法建立多目標(biāo)決策模型［4］:minQ= ∑λi(yi－ yimax)2，其中 λi為各指標(biāo)的權(quán)重，這里認(rèn)為四種指標(biāo)的重要程度是一樣的，所以權(quán)重均為0．25，minQ=0．25(y1－13．79)2+0．25(y2－ 11．44)2+0．25(y3－ 40．24)2+0．25(y4－8.04)2，通過lingo軟件求出對(duì)該模型優(yōu)化得到的最優(yōu)配方為:當(dāng)醒神貼基質(zhì)中保濕劑含量為45%，含濕量含量為22%，膠粘劑含量為30%，賦型劑含量為3%時(shí)，綜合貼劑的最優(yōu)預(yù)測值為初粘力為13．79cm，持粘力為10．60s，剝離強(qiáng)度為39．69s，載藥量為7．16mg。

分別按照醒神貼基質(zhì)處方成分，制備3批樣品，各測定四項(xiàng)指標(biāo)的平均值與原有正交設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較研究，結(jié)果如表2所示。

從結(jié)果上看四項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測值與預(yù)測值的相對(duì)誤差均在5%之內(nèi)，各指標(biāo)值與原有正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比均有較大提高，可見 PLS法選出的基質(zhì)處方成分更優(yōu)。

表2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

原有醒神貼基質(zhì)的正交設(shè)計(jì)和極差分析方法存在考察水平少的缺陷，且并沒有充分考慮到基質(zhì)各因素間的含量實(shí)際是一種帶約束條件混料問題，而若選用均勻設(shè)計(jì)等其它需要回歸建模的設(shè)計(jì)方法時(shí)，由于基質(zhì)中初粘力、持粘力、剝離強(qiáng)度和載藥量間存在的含量和為100%的制約條件，因此存在著嚴(yán)重的共線性［6］。普通的多元回歸分析結(jié)果會(huì)存在結(jié)論不穩(wěn)定、由顯著性檢驗(yàn)建立的回歸模型可能與專業(yè)結(jié)果不吻合的缺點(diǎn)，如在本文中若對(duì)于表1建立指標(biāo)初粘力y1對(duì)于基質(zhì)各成分的普通的一次或二次回歸方程，會(huì)注意到僅x3膠粘劑一項(xiàng)是顯著的(P＜0．05)，而這顯然不符合醒神貼基質(zhì)中各成分是不能隨意去掉的要求(其他各指標(biāo)分析類似)，而且建立的各回歸方程彼此間是孤立的，并不能充分利用各指標(biāo)和各因素之間的相關(guān)信息，故本文探索了近年來發(fā)展的PLS算法進(jìn)行優(yōu)化醒神貼基質(zhì)處方研究。

PLS算法是在普通多元回歸的基礎(chǔ)上加入主成分分析、典型相關(guān)分析的提取成分思想，有效地提取對(duì)系統(tǒng)解釋性最強(qiáng)的綜合信息，可最大限度的利用因變量集X和自變量集Y信息，并使得自變量集和因變量集信息達(dá)到最大相關(guān)，整體性更強(qiáng)，特別適用于本實(shí)驗(yàn)中的基質(zhì)間的各成分具備約束條件和多因素多指標(biāo)的研究，結(jié)果預(yù)測更準(zhǔn)確，更符合專業(yè)結(jié)果。本文成果將為后續(xù)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而PLS回歸分析建模技術(shù)的運(yùn)用亦將為其他中藥處方研究提供有益的參考和技術(shù)支持。

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［3］秦浩，林志娟．偏最小二乘回歸原理、分析步驟及程序［J］．?dāng)?shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2007，20(4):450 －451．

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