基于随机森林算法的我国东北和西南地区名老中医治疗失眠异同比较

刘金涛，尚津锋，吴宇峰，王维广，刘珍珠，王伟航，翟双庆

北京中医药大学，北京 100029

失眠是以反复发作的入睡困难或维持睡眠困难，导致睡眠质量不高为临床特征的睡眠障碍，既可单独为病，又可与其他疾病同时发病，严重影响人们的生活质量及身心健康，其成因与情志内伤、饮食劳倦、暴受惊恐、邪气侵袭或久病体虚等因素密切相关。中医学对失眠病机的认识主要分为阳不入阴、营卫失和、脏腑失调等。我国幅员辽阔，不同区域之间的地理环境、气候因素、人们生活习惯不尽相同，故患者发病特点及医者所使用的治法不同地区存在差异，这在《素问·异法方宜论篇》中有着较为详细的论述。可见，因地制宜是中医学辨治疾病的重要策略。故本文从地域角度入手，剖析不同地区失眠患者的临床表现、医者的遣方用药、分析其成因具有重要的理论及临床意义。随机森林算法是一种基于决策树的集成学习算法，通过变量的重要性排序，实现对学习样本集合规则的较优拟合，较其他算法更具优势，目前在中医证候研究亦有应用。本研究收集我国东北和西南地区6位名老中医治疗失眠的完整诊疗医案，归纳分析不同地区名老中医辨治规律；同时基于随机森林算法，从症状、舌脉、证候、证素、方剂、药物6类数据，构建不同地域失眠的症状和辨证用药的随机森林模型。

1 资料与方法

1.1 数据采集

本研究基于国家重点研发计划（基于“道术结合”思路与多元融合方法的名老中医经验传承创新研究项目），于2019年1月－2021年6月在全国纳入137位名老中医，包括国医大师、全国名中医、全国师承指导导师，将其擅治病种的医案资料上传至名老中医传承平台（http://202.204.38.124），有74个名医工作室上传失眠医案，其中东北和西南各有3位名老中医医案超过100份，且6位名老中医擅治失眠，包括3位全国名中医、3位全国师承指导导师，其中重庆2位、四川1位、吉林2位、辽宁1位。本研究以东北和西南地区名老中医治疗失眠医案为研究对象，实现组间标准化采集、录入、分析、挖掘。

1.2 数据筛选标准

纳入标准：①患者符合《中国失眠症诊断和治疗指南》诊断标准，医案信息完整，包括症状、证候、药物等；②根据主诉、现病史、刻下症或病例报告表，患者服药后失眠症状改善、病情有所好转。

排除标准：医案信息不全或缺失。

1.3 数据规范

本研究根据随机数字表筛选医案，选取6位名老中医各100份首诊医案，多次抽样结果发送给名医室站负责人，选择最符合名老中医本人辨治特点的结果，进而分别构建东北、西南区域失眠病例数据库。

症状、舌象、脉象根据《中医临床常见症状术语规范》和《中医药学名词术语规范化研究》进行规范，如“不思饮食”“不欲饮食”“进食无味”规范为“食欲不振”，“苔黄腻”规范为“黄苔”“腻苔”；证候根据中华人民共和国国家标准《中医临床诊疗术语·证候部分》进行规范，如“胃气上逆证”规范为“胃气不和证”；依据《证素辨证学》对医案涉及的证候要素进行提取，将复合证候分解为病位和病性类证候要素，如“气滞血瘀证”拆分为“气滞”“血瘀”；方剂名称按照《方剂学》进行规范；名老中医自拟方采用自拟方方名，如“桑膝地黄汤”，无名称则规范为“自拟方1”“自拟方2”等；依据2020年版《中华人民共和国药典》对中药名称、性味归经进行规范，如“夜交藤”规范为“首乌藤”。整理规范后数据，建立2个地区的症状、舌脉、证候、证素、方剂、药物数据集。上述数据均由双人处理，采用对照审核的方式以确保数据准确。当二者核查意见存在分歧时，负责人介入审阅，以此往复3次，确保数据的完整性和准确性

1.4 数据分析

1.4.1 描述性分析

运用Excel2019对东北和西南区域病例数据库进行频次及频率统计，包括症状、舌脉、证候、证素、方剂、药物共6类。

1.4.2 随机森林模型

全部数据均进行二分类变量数据转换，出现计为“1”，未出现计为“0”。使用“yes”和“no”对“东北地区”“西南地区”进行赋值，东北地区定义为“yes”，西南地区定义为“no”。以症状舌脉、证候证素、方剂药物作为自变量，“东北地区”“西南地区”分别作为因变量，运用R语言的random forest包构建随机森林模型。依据症状、舌脉、证候、证素、方剂、药物出现频次由高到低，选取频次较高的变量进行特征筛选，再根据基尼系数减少平均值进行变量的重要性排序，选取基尼系数减少平均值排序前20位变量为关键特征变量。变量的重要性排序越靠前，说明该变量在东北、西南地区的分布差异越大，通过变量频次及相关原因可剖析地区与疾病的内在联系。运用R 语言pROC包进行随机森林模型检验，使用受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）评价模型效果，AUC越大表明模型分类效果越好，敏感度表示测试集中实际为yes的研究对象被预测为yes的概率，特异度表示测试集中实际为no的研究对象被预测为no的概率。建立2个地区失眠的症状、舌脉、证候、证素、方剂、药物变量的随机森林模型，能分辨同一变量在2个地区的分布差异。进一步访谈名老中医本人及传承弟子，掌握名老中医辨治失眠的理论观点及诊疗经验，并对数据结果加以询问，汇总后分析其形成原因。

2 结果

2.1 基线资料

本研究共纳入东北地区患者300例，其中男性104例、女性196 例，性别比0.53，平均年龄（51.73±12.52）岁；西南地区患者300例，其中男性105例、女性195例，性别比0.54，平均年龄（50.55±13.12）岁。病史统计显示，伴高血压22例、糖尿病10例、冠心病8例、胃炎8例、脑卒中5例、高血脂5例、鼻炎4例、咽炎4例、甲状腺功能亢进3例、哮喘3例、甲状腺功能减退2例。

2.2 频次统计和随机森林模型构建

2.2.1 症状

规范后症状共198个，其中东北地区134个，共出现2 557次，西南地区174个，共出现1 992次，见表1。

表1 我国东北和西南地区600例失眠患者失眠症状比较（前15位）

东北地区高频症状为入睡难、睡眠表浅、梦多、眠差、心烦、口苦、心悸、胸闷、口渴多饮、头晕等；西南地区高频症状为入睡难、眠差、疲乏、睡眠表浅、梦多、头晕、口渴多饮、自汗、大便秘结、心烦等。

运用R语言构建东北、西南地区症状的随机森林模型，依据基尼系数减少平均值排序，症状特征变量依次为入睡难、心烦、胸闷、心悸、睡眠表浅、梦多、疲乏、面色少华、头晕、口苦、易怒等，见图1。经ROC 检验，该模型的特异度为0.91，灵敏度为0.95，AUC为0.932，模型拟合优异。

图1 我国东北和西南地区600例失眠患者症状分布特征变量

2.2.2 舌脉

规范后的舌象、脉象共41个，其中东北地区33个，共出现1 158次，高频舌脉为白苔、薄苔、黯红舌、弦脉、红舌、细脉、沉脉等；西南地区37个，共出现1 404次，高频舌脉为红舌、薄苔、黄苔、细脉、白苔、弦脉等，见表2。东北地区失眠患者多细脉、滑脉，舌红，少苔，齿痕舌分布较多，而西南地区失眠患者脉象多浮、缓、滑，红舌，黄、厚苔。

表2 我国东北和西南地区600例失眠患者舌脉比较（前10位）

随机森林模型结果（见图2）显示，东北、西南地区的舌脉变量重要性排序为弦脉、缓脉、沉脉、黯红舌、红舌、薄苔、黄苔、数脉等。经检验，该模型的特异度为0.92，灵敏度为0.88，AUC为0.900，模型拟合优异。

图2 我国东北和西南地区600例失眠患者舌脉分布特征变量

2.2.3 证候

规范后的证候共27个，其中东北地区19个，共出现329次，高频证候为心脾两虚证、痰热内扰证、心肾不交证、肝郁化火证；西南地区26个，共出现329次，高频证候为痰热内扰证、心肾不交证、肝肾阴虚证，见表3。

表3 我国东北和西南地区600例失眠患者证候比较（前15位）

随机森林模型结果显示，东北、西南地区的证候变量重要性排序为心脾两虚证、肝胆郁热证、肝肾阴虚证、肝郁脾虚证、气阴亏虚证、心阴不足证、心火亢盛证、气滞血瘀证、肝郁化火证等，见图3。经检验，该模型的特异度为0.80，灵敏度为0.70，AUC为0.748，模型拟合优异。

图3 我国东北和西南地区600例失眠患者证候分布特征变量

2.2.4 证素

规范后的证素共19个，其中东北地区17个，共出现1 057次，高频证候为火热、心、气虚、脾等；西南地区19个，共出现880次，高频证候为火热、痰、肝、阴虚等，见表4。2个地区的患者病位多在神、肝，表现痰、火热病机，东北地区患者气滞、血瘀证素较多，病位在心、脾、胆；西南地区患者湿、阳虚证素多，病位在胃、肾、营卫。

表4 我国东北和西南地区600例失眠患者证素比较（前10位）

随机森林模型结果显示，东北、西南地区的证候变量重要性排序（见图4）为气滞、胆、脾、阴虚、火热、血虚、心等。经检验，该模型的特异度为0.83，灵敏度为0.65，AUC为0.740。

图4 我国东北和西南地区600例失眠患者证素分布特征变量

2.2.5 方剂

6位名老中医运用131首方剂治疗失眠，其中东北地区名老中医用方32首，共310次，高频方剂为归脾汤、温胆汤、逍遥散等；西南地区名老中医用方116首，共346次，高频方剂为黄连温胆汤、六味地黄丸、天王补心丹等，见表5。西南地区名老中医擅用黄连温胆汤、天王补心丹、桑膝地黄汤、丹栀逍遥散、朱砂安神丸、酸枣仁汤治疗失眠，而六味地黄丸、温胆汤、柴胡加龙骨牡蛎汤、归脾汤等方剂的使用频率低于东北地区名老中医。

表5 我国东北和西南地区名老中医治疗失眠处方比较（前10位）

方剂的随机森林模型结果见图5，显示方剂的重要性从高到低排序为归脾汤、黄连温胆汤、逍遥散、温胆安眠汤、温胆汤、八味除烦汤、六味地黄丸、柴胡加龙骨牡蛎汤等。经检验，方剂随机森林模型的特异度为0.79，灵敏度为0.96，AUC为0.873。

图5 我国东北和西南地区名老中医治疗失眠处方分布特征变量

2.2.6 药物

6位名老中医治疗失眠的药物共279味，其中东北地区名老中医运用149味中药（4 865次），西南地区名老中医运用256味中药（4 911次），高频药物见表6。

表6 我国东北和西南地区名老中医治疗失眠用药比较（前15位）

随机森林模型结果见图6，药物的重要性从高到低排序为甘草、法半夏、石菖蒲、姜半夏、柴胡、合欢花等。经检验，模型的特异度为1.00，灵敏度为1.00，AUC为1.000，模型拟合优异。

图6 我国东北和西南地区名老中医治疗失眠用药分布特征变量

3 讨论

中医学历来重视区域因素对疾病发生、发展和治疗的影响，因不同区域的地理环境、人们生活习惯有所差异，导致疾病的临床表现具有明显的地域色彩，故医者的遣方用药也有所不同。目前已有针对某一地区失眠的疾病特点和诊疗方法研究，尚缺乏区域之间的比较分析。故本研究从东北、西南地区失眠患者的症状、舌脉表现的角度而论，探究不同区域名老中医辨治失眠的特点，进一步分析其成因。

3.1 东北和西南地区失眠患者症状舌脉异同

基于频次结果，入睡难、眠差、睡眠表浅、梦多等失眠的常见症状在2个地区的频次均较高，多数症状在2个地区频次分布不同，说明失眠伴随症状较为复杂。症状、舌脉随机森林结果显示，心烦、胸闷、心悸、口苦、易怒、胆怯、自汗等症状和弦脉、缓脉、红舌、黄苔、数脉、细脉、滑脉等舌脉重要度排序高，模型验证结果优异，可作为判断东北、西南失眠患者症状表现差异的参考指标。因此，可根据失眠的临床表现，分析患者可能所处的区域，如患者口苦、咽干、心烦、心悸，脉弦、舌红，属肝郁化火证失眠，可推测其处于东北地区的可能性更高。

就失眠临床表现而言，东北地区气温相对偏低，人们喜食肉类、蛋类及鱼类等高脂肪、高蛋白食物来抵御严寒，故《素问•异法方宜论篇》曰：“北方者，天地所闭藏之域也……风寒冰冽，其民乐野处而乳食”，此为痰热内生，扰动心神而失眠的重要原因之一，其症状表现多以食欲不振、口苦、头晕为主；其二，部分人士喜食咸食，如腌制食品，其味厚，易聚湿生痰，困乏脾土，导致脾胃虚弱，不能布散水谷精微濡养心神而失眠，临床表位多为食欲不振伴齿痕舌；其三，在该区域的饮食习惯中，具有较浓厚的酒文化历史，而相关研究表明，过度饮酒患者睡眠障碍更为常见，因酒精代谢需肝脏参与，过饮烈酒损伤肝脏，增加心脑血管疾病发生率，是心脑血管疾病的高危因素，且酒具有辛热之性，易炼津为痰，扰动心神而失眠，加之部分患者性格豪爽且阳刚，肝火易旺扰心乱神而发生失眠，故东北地区患者多表现为心悸、心烦、口苦、易怒、胸闷、口渴多饮等症状；其四，从症状表现上，心悸、头晕、健忘，脉细、薄苔分布较多，可能与部分患者精神紧张，生活压力大相关，致使患者思虑过度，劳伤心脾，心脾之气血难以濡养心神而发生失眠。

西南地区失眠患病特点和症状表现与东北地区存在差异。就地理环境而言，与东北地区地势平坦不同，重庆属于山城，多雾多雨，湿气较重；成都地处盆地，地势低洼，水湿之气聚而不散，此为西南地区外部湿邪的来源，故人们长期生活在湿气较重的环境，人体易产生内湿，故《素问•异法方宜论篇》指出，南方之地，阳气偏盛，天气炎热，地势低下，呈现出雾露常聚，潮湿多雨的特点，故西南地卑水湿产生湿邪，外浸渍肌肉筋脉，内阻脾胃运化，湿困脾胃，痰湿内生，加之气候、地形因素，痰湿困阻气机，易郁而化热，蕴久则灼伤阴津，从而导致西南地区失眠患者以阴虚、痰湿错杂相兼之证较多，临床多表现为腰酸、腰痛、筋骨疼痛等症状，咯痰、呃逆、胃脘痛等与痰湿热、阴虚相关的症状，故脉象多见浮、缓、滑者，舌象多为红舌、苔黄厚腻；其二，部分患者临床出现自汗、疲乏之症，提示与气阴两虚有关；畏寒肢冷表明与阳虚有关，其形成原因与西南地区气候温热，人体阳气盛于表而虚于里，气血涌于表，耗散于外，导致气阴两虚，耗散日久，气损及阳，导致阳虚，这也是西南地区阳虚之证多于东北地区的主要原因之一；其三，由于西南地区气候、地形因素的影响，易生湿生热，为驱除湿邪，四川、重庆菜品在饮食口味上偏于“麻”和“辣”，麻辣食物不但可驱湿除邪，而且也为食物增鲜配色调味，但饮食辛辣过度易生湿热，湿热蕴久，灼伤阴津，扰乱心神而失眠。

3.2 东北和西南地区名老中医的辨治异同

失眠的痰热内扰证和心肾不交证在东北、西南地区的频次分布相近，其余证候各有偏重，说明从痰热和心肾不交论治失眠需着重考虑，因区域不同，治疗侧重点也不尽相同。东北地区需重视从肝郁化火和心脾两虚论治，西南地区着重考虑痰湿、阴虚、气阴两虚，适当考虑阳虚的致病因素，充分反映中医因地制宜的理念。证候证素随机森林结果表明，心脾两虚证、肝胆郁热证、肝肾阴虚证等和气滞、胆、脾、阴虚、火热、血虚、心、气虚、胃、肝、肾、痰证素的重要度排序高，说明2个区域在这些方面有所差异。

从共性角度而论，从痰热与心肾论治失眠是2个区域其相同之处，然同一证候虽在不同地区分布相似，但导致该证候的病因可能不同。以心肾不交为例，东北地区人口老龄化相对偏高，年老体弱之人，肾精亏耗，肾水不足不能上济心火，出现心火独亢于上，发生失眠。西南地区患者产生心肾不交的原因可分为2个方面：其一，痰热湿浊久恋，耗损肾阴，肾阴不足，水不济火，导致心肾不交，故患者常伴随痰湿之证，名老中医常采用滋阴降火伍以化痰祛湿之法；其二，西南地处南方，气候温热，人体气血盛于表而虚于里，如调摄不当，久则易耗损阴精，从而为心肾不交的产生提供可能。

就区域分布不同而言，在证候方面，肝郁化火证、肝胆郁热证、气滞血瘀证、气滞痰阻证在东北地区分布相对较多，可能与此区域人士的性情豪爽，多酒食咸食有关。因肝为将军之官，谋虑出焉，喜条达恶抑郁，且藏血舍魂。若肝血不能养魂，则出现失眠、多梦；肝气郁滞化火，血行不畅，导致肝失疏泄，火扰心神，临床表现易怒烦躁、情志不畅、口苦咽干，对于这类患者名老中医常采用疏肝理气，清热安神之法；气机郁滞，郁而生痰，上蒙清窍，心神失养，不能下潜阴分，导致失眠。此外，心脾两虚证在东北地区分布更多，与所纳入的名老中医田维柱教授常从心脾论治有关，故心脾两虚证在此分布较多，其认为“暴怒、思虑、忧郁、劳倦过度，每易伤及心脾。以致精微物质化源不足，气血亏虚，终致营血不足，一则脑窍失养，神不守舍；二则阴血亏虚而不能敛阳，阳不能入阴，故见失眠”。

西南地区在肝肾阴虚证、痰湿中阻证、气阴亏虚证、肾阳不足证等分布较东北地区多，其核心证素为阴虚、痰、湿、阳虚。有研究表明，失眠患者多见湿热质和阴虚质，故常用清热化痰祛湿和滋阴清热之法，与西南地区结果相符。地理环境、饮食习惯、气候因素为西南地区外湿、内湿的产生提供可能。痰湿易困阻中焦，阻滞气机而失眠。另外，西南地区的气阴两虚、阴虚、阳虚证候多于东北地区，与西南地区气候温热有关。人体阳气盛于表而虚于里，气血涌于表，耗散于外，调摄不当，则有气阴亏虚之象；耗散日久，损及于阳，导致阳虚。此为西南阳虚之证多于东北的原因，东北地区虽天气虽寒，但寒性收引，人体气血涌向于里，内部气血相对充盛，出现阳虚证候的概率较西南地区稍低。

3.3 东北和西南地区名老中医的用方用药异同

东北和西南地区名老中医运用的方剂和用药有一定差异。随机森林模型结果表明，归脾汤、黄连温胆汤、逍遥散、温胆安眠汤、温胆汤、六味地黄丸、柴胡加龙骨牡蛎汤、天王补心丹、血府逐瘀汤等方剂和法半夏、石菖蒲、姜半夏、柴胡、合欢花、首乌藤、黄连、远志等药物重要度排序较高，说明以上方剂、药物在2个区域分布存在明显差异。

东北地区名老中医运用归脾汤、温胆汤、温胆安眠汤、六味地黄丸、柴胡加龙骨牡蛎汤等方剂较多。其中归脾汤补益心脾而安神；温胆汤、温胆安眠汤有清热化痰、和中安神之功；心肾不交多用六味地黄丸合交泰丸或黄连阿胶汤；柴胡加龙骨牡蛎汤和解清热、镇惊安神，针对口苦、心烦、易惊之症，说明东北地区应着重从心脾不足、气郁、痰热、心肾不交的角度论治失眠。《素问•五常政大论篇》有“气寒气凉，治以寒凉”之论，即气候寒凉之地多内热，可用寒凉药治疗。东北地区名老中医使用六味地黄丸、黄连阿胶汤、交泰丸、柴胡加龙骨牡蛎汤较多，体现了“散而寒之”的治疗策略，具体而论，“散”对应的治法为疏达气机，使气血和畅，“寒”对应的治法为交通心肾、清热化痰，从而达到通畅脉道，使阳气交于阴分而安眠。

西南地区名老中医常用黄连温胆汤、丹栀逍遥散、朱砂安神丸等清痰热、理肝气、泻心火的方剂治疗失眠，其中，桑膝地黄汤、天王补心丹、酸枣仁汤等滋阴方剂则针对阴血不足、虚热内扰之失眠，这些方剂具有滋养阴血、清热安神之功；其次，名老中医在运用黄连温胆汤时，常加入胆南星，增加清热燥湿化痰之力；另外，阳虚是西南地区失眠重要的病机之一，《素问•五常政大论篇》有“气温气热，治以温热，强其内守”之论，指出气候温热之地多生内寒，因天气温热，气血盛于体表而虚于里，耗散日久，虚寒内生而致阳虚，治当用温养之法，固守阳气，故采取“收而温之”之法，在治疗时应收敛其外泄之阳，而温其内寒，故名老中医常用补坎益离丹、固元汤和安肾汤等加减治疗失眠。

药物运用方面，东北、西南地区名老中医使用酸枣仁的频次相近且频率高，提示酸枣仁是名老中医治疗失眠的共性药物，酸枣仁有养肝、宁心、安神、敛汗之功。药理研究显示，酸枣仁总皂苷能够治疗阴血亏虚证老年失眠，机制可能与减少脑内氨基酸毒性，下调大脑皮质及海马部位γ-羟基丁酸的表达有关。东北地区名老中医运用百合、柴胡、枳实等药较多，其中，柴胡、香附、枳实、郁金疏肝理气，调畅情志；百合养阴润肺、清心安神，龙骨、牡蛎收魂敛魄、镇心安神；首乌藤养血安神，远志、柏子仁安神益智，提示名老中医善从气郁、阴虚、心神不潜等角度论治失眠。另外，基于对名老中医治疗失眠所使用的药物功效类别统计发现，东北地区擅长运用补虚药（1 131次）、安神药（1 044次）、理气药（458次）、清热药（322次）、化痰止咳平喘药（194次），与东北地区失眠肝郁化火、痰热内扰、心肾不交证对应；西南地区多用补虚药（749次）、安神药（730次）、清热药（588次）、利水渗湿药（264次）、化痰止咳平喘药（215次）等治疗失眠，包括竹茹、山药、山茱萸、合欢皮、牡丹皮、天麻等，因西南地区呈现以痰热湿浊夹杂阴虚为主的特点，常采用清热化痰、祛湿益阴之法；黄连、黄柏、栀子、赤芍有清热泻火之功，是调理西南失眠患者的常见药物；竹茹、半夏清热燥湿化痰；山茱萸、麦冬滋阴；黄芪、甘草、太子参、粟米、一枝黄花益气；桑寄生、天麻、川芎、川牛膝滋补肝肾之阴，此为西南名老中医用药的特点。

4 结语

综上所述，东北、西南地区失眠患者的症状表现和名老中医辨治特点上存在共性和差异，与区域的地理、环境、人文因素密切相关。名老中医所使用的方剂药物具有较强的地域特色。本研究将随机森林算法应用于地域与疾病关系的研究中，建立地域特点、人文特征与患者临床表现、名老中医辨论策略间的联系，揭示地理特点与症状、证候的内在联系，总结2个地域名老中医辨治规律，体现因地制宜思想，为临床治疗失眠提供参考，也为今后地域医学研究进行铺垫。然而，本研究纳入的名老中医和病例数量相对较少，但为今后大样本、多中心的区域比较分析研究奠定基础。