基于相关系数与关联规则分析的中医药防治新型冠状病毒肺炎用药规律研究

王金虹，马斌，李艳彦

山西中医药大学，山西 太原 030024

从2019年12月初开始，新型冠状病毒肺炎（以下简称“新冠肺炎”）持续肆虐，该病具有强烈的传染性，严重危害人民生命健康安全。根据国家卫生健康委员会每日信息发布及美国约翰斯•霍普金斯大学疫情实时监测系统显示，截至2021年5月11日，我国新冠肺炎累计确诊90 799 例，治愈出院85 861例，死亡4 636 例[1]；全球累计确诊159 305 473 例，治愈95 353 247 例，死亡3 312 199 例[2]；美国累计确诊32 773 387 例，治愈26 554 485 例，死亡582 791 例[2]。从以上数据可以看出，我国、全球及美国新冠肺炎确诊病例治愈率分别为 94.56%、59.86%、81.02%。结合人口数量可以计算，我国、全球及美国新冠肺炎感染率分别为0.006%、2.1%、9.93%。我国抗击新冠肺炎疫情中，超90%的确诊患者使用了中医药，中医药总有效率90%以上，见证了中医实力[3]。

新冠肺炎在中医古籍中并无对应病名[4]。中医认为其基本病因为外感寒湿，临床以发热、咳嗽、口干、口苦、周身酸痛、舌淡、舌边有齿痕、苔腻、脉浮紧多见[5-7]。患者多以脾阳不足、湿邪内盛为主，感受风寒邪气而发病，或兼有寒湿化热[8-9]。病变早期以湿毒为主，湿毒秽浊之气从口鼻而入，或上犯肺卫，或直中中焦脾胃，多有寒湿袭表、阻肺、困脾的临床表现，如恶寒发热、头身疼痛、胸闷气短、脘痞纳差等[5,10]；中期有化热倾向，湿郁化热，湿热蕴蒸，热毒闭肺，患者肺气闭阻进一步加重，表现为身热不退或往来寒热、腹胀便秘、胸闷气促等；后期邪陷心包，内闭外脱，耗伤正气，疫毒闭肺是其焦点病机[11]。本研究汇总国家及24 个省份新冠肺炎中医诊疗方案，从数据挖掘角度分析中医药防治新冠肺炎组方用药规律，以探究中医预防新冠肺炎的特点和思路。

1 资料与方法

1.1 数据来源

选择国家卫生健康委员会发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》（试行第四版）至试行第八版修订版，以及2021年4月14日之前黑龙江、吉林、辽宁、北京、上海、天津、内蒙古、河北、山西、陕西、山东、河南、江苏、湖北、湖南、甘肃、宁夏、四川、江西、广东、广西、浙江、云南、海南共24 个省份发布的新冠肺炎诊疗方案，共提取中药复方30 首。

1.2 数据规范

参照2020年版《中华人民共和国药典》[12]、《中药大辞典》[13]对复方中涉及的药物名称进行规范，如“生地”规范为“生地黄”；整理药物性味、归经、功能与主治。

在此基础上，共生成包含30 首复方涉及95 味中药的数据表及中药药性、药味、归经、功能与主治5 张数据表，对各表数据进行数据类型转换，将所有数值转换为能够参与分析的“0”“1”标准数据，“1”表示该药存在或出现，“0”表示不存在。

1.3 数据分析

1.3.1 高频药物 在包含所有方剂与药物的数据表中，对药物进行频次统计，筛选频次≥20%的药物。

1.3.2 药物相关性 为准确描述各药物之间的相关程度，找出显著相关的药对，采用 python 语言pandas 库中的corr()方法，对药物进行spearman 相关系数[14]47,[15]分析计算。

1.3.3 药物关联规则 利用 python 语言基于Apriori 算法思想[14]113编程实现药物间关联分析，找出复方中的药物配伍规律，深入了解中医药治疗新冠肺炎的辨证机理及用方特点。

设定最小支持度为70%、最小置信度为75%，根据Apriori 算法原理，首先将所有药物数据整理成关联规则模型所需数据结构，然后扫描药物，找出所有支持度≥70%的频繁项集，最后由最大频繁项集中置信度≤75%的项集产生关联规则。实现过程如下：

⑴通过连接和剪枝相互融合，找出所有支持度≥0.7 的药物频繁项集。①连接：目的是找到K 项集。对给定的最小支持度阈值（0.7），分别对1 项候选集C1 剔除小于该阈值的药物项集，得到1 项频繁集L1，再由L1 自身连接产生2 项候选集C2，保留C2 中满足约束条件的药物项集，得到2 项频繁集L2，继续由L2 与L1 连接产生3 项候选集C3，保留C3 中满足约束条件的项集，得到3 项频繁集L3……直至得到药物最大频繁项集Lk。②剪枝：目的是在产生候选项Ck 过程中减少搜索空间。由于Ck 是Lk-1 与L1 连接产生的，根据Apriori 算法性质，频繁集的所有非空子集也必须是频繁项集，所以不满足该性质的项集不会存在于Ck 中。

⑵由频繁集产生强关联规则：从过程⑴产生的频繁项集中将置信度≤75%的项集剔除，结果即所需药物强关联规则。

2 结果

共提取中药复方30 首，涉及中药95 味。

2.1 高频药物统计

95 味药物总频次为394 次，其中，频次≥6 的药物有19 种，依次是苦杏仁、麻黄、生石膏、葶苈子、大黄、瓜蒌、桃仁、甘草、黄芩、赤芍、苍术、草果、槟榔、法半夏、桑白皮、藿香、厚朴、茯苓及玄参，使用频次见表1。

表1 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物（频次≥6）

性味雷达图显示，药性以温（7 次，36.8%）、寒（6 次，31.6%）、平（4 次，21.1%）为主，药味以苦（13 次，40.6%）、辛（9 次，28.1%）、甘（8次，25.0%）为主，如图1、图2 所示。

图1 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物药性雷达图

图2 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物药味雷达图

归经雷达图显示，高频药物以入肺经（14 次，73.7%）、胃经（11 次，57.9%）和脾经（10 次，52.6%）为主，如图3 所示。功效雷达图显示，以宣肺化痰（解表、理气、化痰止咳平喘、泻肺平喘、消肿）、化湿（燥湿）与利水渗湿、补益及健脾和胃药物使用较多，其中宣肺化痰药物21 次（40.4%），化湿（燥湿）与利水渗湿药物10 次（19.2%），补益与健脾和胃药物8 次（15.4%），如图4 所示。

图3 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物归经雷达图

图4 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物功效雷达图

2.2 相关系数分析

采用python 语言对药物进行spearman 相关系数分析。相关系数(r)≥0.8 为高度线性相关，有茯苓-藿香（0.81）、苍术-草果（0.80）；0.5≤r＜0.8 为显著线性相关，有17 对，见表2。

表2 30 首新型冠状病毒肺炎复方显著相关的药对

2.3 关联规则分析

采用Apriori 算法，通过python 程序对复方中所有药物进行关联分析。得到复方中最小支持度为70%、最小置信度为75%的药物关联规则16 条，见表3。

表3 30 首新型冠状病毒肺炎复方高频药物关联规则（最小支持度70%、最小置信度75%）

3 讨论

新冠肺炎是人体感染新型冠状病毒而引起的一种急性呼吸道传染病，从临床特点分析，其属于中医“疫病”“温疫”等范畴，一般从口鼻而入，通过呼吸道侵入人体，临床表现有发热、咳嗽等与肺相关症状及腹泻、乏力等与脾相关症状，其病变部位主要在肺和脾[11]，核心病机为“疫毒夹湿”[16]，病机特点为“湿、热、毒、瘀、闭”。从数据挖掘角度发现新冠肺炎治疗用药特点如下。

3.1 高频药物不离肺脾，以辛、苦、甘味为主

高频药物（频次≥6）有苦杏仁、麻黄等19种。从药物功效、性味及归经分布情况来看，宣肺化痰、健脾和胃、化湿（燥湿）药物使用频繁，药物归经以肺、胃、脾经为主，其中宣肺、清肺、泻肺等调肺用药频次居多，如麻黄宣肺平喘、发汗利尿，生石膏清泄肺热，苦杏仁宣肺降气、止咳平喘，瓜蒌润肺化痰等[10,17]；还有茯苓健脾祛湿、半夏燥湿化痰及桃仁、赤芍等活血之品。药味以辛、苦、甘味为主，药性以温、寒、平性为多。辛入肺经，能散能行，具有发散、行气行血的作用；苦入心经，能泄、能燥、能坚，具有清泄火热、泄降气逆、通泄大便、燥湿、坚阴等作用。新冠肺炎病机特点是“湿、热、毒、瘀、闭”，故辛、苦之品能升能降，共奏清热祛湿、化瘀泄火之功。甘入脾经，能补能和能缓，具有补益、和中、调和药性的作用。新冠肺炎早中期呈现邪阻肺、湿困脾的证候特点，用辛、甘之品有宣肺散邪、运脾祛湿之功，使脾主运化升清及肺主宣发、通调水道功能正常，则困脾之湿能被化而不滞留，闭表之邪可一散而解。故用辛甘合化之阳，使脾健湿化，湿邪自祛[16]。可见，高频药物与新冠肺炎之证候高度吻合。

3.2 药对及组方以宣通肺气、祛湿化浊、解毒通络为治

从相关系数和关联规则分析结果来看，茯苓-藿香、苍术-草果药物之间存在高度相关；草果-槟榔、大黄-生石膏、麻黄-苦杏仁、生石膏-苦杏仁、麻黄-生石膏、苦杏仁-葶苈子、葶苈子-麻黄等药物之间存在显著关联。本证肺气被闭，阳气内郁，不得宣发，郁而化热，使肺失宣降而致喘咳。故用麻黄、苦杏仁、生石膏、甘草，此四药为《伤寒论》麻杏石甘汤的组成成分，有辛凉宣肺、清肺平喘之功。喘咳还可加葶苈子泻肺平喘，治疗痰涎壅滞之发热、气喘等表证和呼吸道症状[10]；苦杏仁、葶苈子伍用出自祝谌予五子定喘汤，用于治疗支气管哮喘。肺与大肠相表里，通腑可泻肺热，故用生石膏、大黄、苦杏仁、瓜蒌，为吴鞠通《温病条辨》宣白承气汤的组成成分，具有宣肺化痰、泄热攻下之功效；湿热秽浊内阻膜原，故用槟榔、厚朴、草果，此三味药是《温疫论》达原饮的重要组成成分，具有开通膜原、祛秽逐湿之功，为治疗湿邪阻滞、枢纽失职的常用组合[16]；并用藿香、半夏、茯苓、厚朴，此四味药是清代《医原》藿朴夏苓汤的重要组成药物，具有芳香化浊、行气渗湿之功，可治疗纳呆、恶心呕吐、腹泻、大便不爽等消化道症状[10]。由此可见，治疗新冠肺炎的方剂是由麻杏石甘汤、宣白承气汤、藿朴夏苓汤、达原饮等加减化裁，诸方合用以宣通肺气、祛湿化浊、通腑泻热。

综上所述，中医治疗新冠肺炎主要从肺、胃、脾等脏腑入手，其用药具有解表、化痰、泻热、健脾、祛湿的特点，体现了中医治疗以解表为主，重在调肺，兼以健脾祛湿、化痰活血的用药思路。本研究通过相关系数与关联规则分析总结中医药治疗新冠肺炎的用药规律，可为新冠肺炎临床治疗提供参考与借鉴。