基于AHP-CRITIC混合加權法和星點設計-效應面法的荊防活血乳膏處方優化研究

化曉凱，陳麗靜，劉啟萍，張叢惠，蘇 酩，鹿 巖*

（1. 山東中醫藥大學第二附屬醫院 藥學部，山東 濟南 250001；2. 山東中醫藥大學附屬醫院，山東 濟南 250014；3. 山東省中醫藥研究院，山東 濟南 250014）

中藥外敷是中醫治療創傷的傳統重要方法，早在《五十二病方》、《劉涓子鬼遺方》等著作中即有記載[1]，也廣泛流行于民間。中醫學認為，跌仆損傷后，致筋傷骨斷，經絡受損，血離經脈，瘀滯于肌腠，致血瘀氣滯?！端貑枴り庩枒蟠笳摗吩疲骸皻鈧?，形傷腫”[2]，損傷后經脈受阻，氣機不暢，血瘀氣滯，發為腫痛；而瘀久化熱，致營衛不和，故臨床治療應以活血化瘀，行氣止痛，祛風通絡，調和營衛為原則。荊防活血方為我院臨床應用多年的經驗協定方，由荊芥、防風、透骨草、艾葉、紅花、五加皮、川椒等藥物組成，用于腳腕扭傷，軟組織挫傷等閉合性傷口，有祛風通絡，活血止痛，透疹止癢等功效。因其為外用洗劑，存在煎煮麻煩，藥液停留于患處的作用時間相對較短等不足，基于此，擬將其開發為水包油（O/W）型外用乳膏劑，以利攜帶和使用。

研究人員對該處方前期進行了大量的預試驗。在此基礎上，本研究擬通過層次分析法-基于指標相關性的權重確定方法（AHP-CRITIC）混合加權法及星點設計（central composite design，CCD）-效應面優化法篩選對荊防活血乳膏處方影響最大的3個因素：硬脂酸、混合乳化劑（平平加與三乙醇胺按質量比1:1混合）、甘油的用量，優化荊防活血乳膏制備最佳制備工藝，以期為該制劑后續全面深入的研究和開發提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

KD-TBC型精密電子天平（福州科迪電子技術有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫療儀器有限公司）；RE-5299旋轉蒸發器（上海亞榮生化儀器廠）；800型離心沉淀器（上海手術器械廠）；電熱鼓風干燥箱（天津宏諾儀器有限公司）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市孝義合眾儀器供應站）。

1.2 藥品與試劑

荊芥（ 亳州市中藥飲片廠， 批號：2105019031）；防風（亳州市中藥飲片廠，批號：2101018108）；珍珠透骨草（山東百味堂中藥飲片有限公司，批號：210901）；艾葉（河北一禾藥業有限公司，批號：201101）；紅花（亳州市中藥飲片廠，批號：2104014013）；五加皮（河北藺氏盛泰藥業有限公司，批號：2101011908）；川椒（山東百味堂中藥飲片有限公司，批號：201201）；冰片（山東百味堂中藥飲片有限公司，批號：201208），單硬脂酸甘油酯（湖南爾康制藥股份有限公司，批號：105620210301）；白凡士林（南昌白云藥業有限公司，批號：20190706）；二甲基硅油（成都華邑藥用輔料制造有限責任公司，批號：20190902）；硬脂酸（湖南爾康制藥股份有限公司，批號：101820190902）；甘油（湖南爾康制藥股份有限公司，批號：000120181003）；三乙醇胺（江西阿爾法高科藥業有限公司，批號：20190503）；平平加O-25（江蘇省海安石油化工廠，批號：20190709）；苯甲酸鈉（湖北葛店人福藥用輔料有限責任公司，批號：F305C180602）；水為超純水。

2 方法

2.1 荊防活血乳膏制備工藝

按協定處方中的量稱取中藥飲片荊芥、防風、透骨草、艾葉、紅花、五加皮、川椒3份，分別加8倍量的水，浸泡0.5 h，煎煮兩次，每次1 h，濾出兩次煎煮藥液，合并、濃縮后轉移至蒸發皿中，65 ℃下烘干水分，平行測定后計算得該中藥組方的平均出膏量為14.93 g/劑，留取干膏備用。分別取油相（硬脂酸、單硬脂酸甘油酯、白凡士林、二甲硅油、苯甲酸鈉、冰片）和水相（甘油、中藥濃縮干膏、超純水、三乙醇胺、平平加）適量，分別置于2個燒杯中，加熱至69 ℃時，將水相倒入油相中攪拌乳化，冷卻至室溫，即得乳膏（每100 g乳膏約含主藥10 g）。

2.2 處方樣品評分方法

經查閱相關文獻[3-8]，參考預試驗結果，選定荊防活血乳膏的離心穩定性、涂抹分散性、耐熱穩定性為評價指標，對工藝處方進行考察。

2.2.1 離心穩定性 取適量樣品，置于10 ml離心管中，以4000 r/min離心30 min，觀察其油水分離、膏體變色情況。油水分層，膏體變色明顯為1～3分；油水分層，膏體變色不明顯為4～7分；無油水分層，膏體不變色為7～10分。

2.2.2 耐熱穩定性 取適量樣品，置于45 ℃烘箱中烘烤6 h，觀察乳膏是否有分層及融化現象。若融化分層，則記為5分；若不融化、不分層，則記為10分。

2.2.3 涂抹分散性 取適量樣品，涂抹于手部皮膚，觀察是否能迅速涂抹均勻、分散性良好。易涂抹，無油膩感、分散性好為7～10分；易涂抹，油膩感明顯為4～7分；不易涂抹，泛油膩膜，油膩感明顯為1～3分。

2.3 星點設計-效應面試驗優選荊防活血乳膏處方

在預試驗的基礎上（乳膏評價指標通常還需同時考慮耐寒穩定性，但前期預試驗表明，荊防活血乳膏在耐寒試驗中穩定性良好，故本研究中不再對其考察），以離心穩定性、涂抹分散性、耐熱穩定性為評價指標，選取對荊防活血乳膏制備工藝影響顯著的3個因素為自變量（其余輔料定量，最終制得乳膏的載藥量為10 %），即硬脂酸用量（X1）、甘油用量（X2）、混合乳化劑（平平加與三乙醇胺按質量比1:1混合）用量（X3）。根據星點設計要求，每個因素設置5個水平，從低到高依次用-a、-1、0、+1、+a表示，在三因素設計中a=1.682。各因素和水平見表1，試驗安排與結果見表2。

表1 星點設計因素與水平

表2 星點設計-效應面試驗安排及結果（n=3）

2.4 指標權重的建立

2.4.1 層次分析法 層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是一種基于對同一層元素做兩兩比較的多準則決策方法[9]，它可將定性與定量相結合，把人的主觀判斷用數量形式表達和處理，提高了決策的有效性和可靠性[10-11]。由5位不同研究人員對“離心穩定性”、“耐熱穩定性”、“涂抹分散性”3個指標的重要性進行打分，構建優先判斷矩陣（見表3）。對矩陣進行歸一化處理，得到各指標的權重系數依次為0.5197，0.3033，0.1770，最大特征根（λ）為3.0024，一致性指標CI=（λ-n）/（n-1）=0.0012，由矩陣階數3查表得隨機一致性指標（RI）為0.58，一致性比率CR=CI/RI=0.0020<0.1，矩陣通過一致性檢驗，各評價指標的權重系數有效。

表3 荊防活血乳膏成對比較的優先判斷矩陣

2.4.2 CRITIC法 CRITIC（criteria importance though intercrieria correlation）法是一種以評價指標之間的對比強度和沖突性為基礎的客觀權重賦權方法[12]。先對試驗所得的指標結果利用極差標準化法消除單位量綱，公式為（實測值-最小值）/（最大值-最小值）×100，用SPSS 20.0得到相關系數矩陣A，計算對比強度（σj），沖突性（Rj），綜合權重（Cj）與權重（Wj），結果見表4。

表4 荊防活血乳膏相關指標數據的CRITIC計算結果

2.4.3 AHP-CRITIC混合加權法 將上述AHP法與CRITIC法結果結合，公式為ω綜合ij=ωAHPij×ωCRITICij/∑ωAHPij×ωCRITICij，得到3個指標的綜合權重分別為0.5216，0.3372，0.1412。

2.4.4 綜合評價結果的比較 分別采用AHP、CRITIC、AHP-CRITIC 3種方法的計算結果對實驗數據進行賦權處理，結果見表5。用SPSS 20.0軟件進行相關性分析，結果AHP與CRITIC、AHP與AHP-CRITIC、CRITIC與AHP-CRITIC的相關系數分別為0.977，0.999，0.976，兩兩比較相關性均顯著（P＜0.05），即3種賦權法得到的評分結果具備一致性。采用SPSS 20.0軟件對3種方法所得權重系數分析，結果AHP與CRITIC之間的相關系數為0.523，不具有統計學意義（P＞0.05），即所反映的信息無疊加性。綜合主觀和客觀雙方面考慮，AHP-CRITIC混合加權法較單一賦權法更為科學、合理、穩定，故本研究最終以該方法確定指標權重并計算綜合評分。

表5 荊防活血乳膏3種賦權法的綜合評分結果

2.5 模型擬合及驗證試驗

2.5.1 模型擬合 根據試驗結果，用Design-Expert 12進行回歸方程擬合，得多元線性方程：Y=0.22029X1-0.05919X2+1.15908X3+4.69398（R2=0.7 5 3 6，P<0.0 0 0 1）；二項式方程：Y=2.80591X1-0.43240X2+0.92551X3+0.00159X1X2+0.25367X1X3+ 0.02351X2X3-0.42231X12+0.00741X22-0.20856X32+4.03554（R2=0.9889，P<0.0001）。多元線性方程R2明顯低于二項式方程R2，因此選擇二項式方程作為最優預測模型。由R2和P值可知，該回歸方程擬合度較好，試驗誤差小，可用于荊防活血乳膏劑基質處方的預測，方差分析結果見表6。

表6 方差分析結果

2.5.2 效應面優化與預測 依據二維等高線和三維效應面圖，設定Y最大時，即為處方最佳配比：硬脂酸4.39、甘油14.33、混合乳化劑4.16，此時綜合評分9.91。見圖1。

圖1 硬脂酸、甘油、混合乳化劑對綜合評分影響的二維等高線和三維效應面圖

2.5.3 最優工藝驗證 考慮實際情況，最終選取硬脂酸4.4 g、甘油14.3 g、混合乳化劑4.2 g為最優工藝。按上述基質處方進行3次驗證試驗，計算偏差值[偏差=（預測值-實測值）/預測值×100 %]，結果綜合評分預測值與實測值的偏差分別為4.63 %，0.80 %和1.51 %，平均相對誤差為2.31 %，表明所建立的方程預測性較好，可較為準確地預測荊防活血乳膏基質的最優配比。

3 討論

荊防活血乳膏為O/W型乳膏劑。乳膏劑制備中，乳劑基質的選擇和用量及油水兩相的比例很重要，將直接影響到乳膏劑的穩定性。平平加O系非離子型乳化劑，性質穩定，耐酸、堿和電解質的能力強，處方組合適當即可制得柔和、細膩且潤滑的乳膏[13]。二甲基硅油[14]對皮膚無毒、無刺激性，穩定性強，抗剪切能力強，可在50～180 ℃內長期使用，易形成極薄且透氣的孔膜，可起到皮膚保護作用，故選擇其為油相組成成分。硬脂酸是化妝品中不可缺少的原料，用其制成的O/W型乳劑基質外表光滑美觀，水分蒸發后留有硬脂酸薄膜而對皮膚具有保護作用。中藥冰片[15]有清熱止痛之功，能引藥由肌表直達腠理，促進藥物經皮和經黏膜的吸收，故實驗設計選擇冰片為透皮吸收促進劑[16]。水相中加入甘油作保濕劑，當乳膏暴露在空氣時能鎖住水分使乳膏不會干燥發硬，甘油還可降低乳膏的凍點，防止乳膏在低溫時的冰凍[17]。

星點設計-效應面法是一種基于析因設計基礎的多因素五水平設計方法，既可線性擬合，又可非線性擬合，特別是對于影響因素與最佳條件附近的指標呈非線性關系時可通過高次多項式擬合來得出最佳的模型擬合度[18]。目前較為常用的評價方法有主觀綜合評分法、總評歸一值法、AHP層次分析法、CRITIC法等，在多指標的綜合加權評價中，確定各評價指標的權重系數尤為重要。本研究采用較為常用的主客觀綜合評價方法AHP-CRITIC 混合加權法來指導各評價指標的權重系數，反映了評價指標的分級，二者聯合將兩種賦權方法的優點最大化，既注重主觀，又不失客觀，與單一賦權法相比能區分樣本數據，增強了總體評價結果的科學性和合理性，可為中藥復方制劑處方篩選研究提供參考[19]。

本研究采用基于AHP-CRITIC 混合加權法的星點設計-效應面法篩選優化荊防活血乳膏的處方，得到離心穩定性、耐熱穩定性、涂抹分散性3個指標的綜合權重分別為0.5216，0.3372，0.1412；最佳處方比例為：硬脂酸4.4 g、甘油14.3 g、混合乳化劑4.2 g、單硬脂酸甘油酯2 g、凡士林8.5 g、二甲基硅油10 g、純化水20 g、冰片1.5 g（2 %），苯甲酸鈉0.1 %，荊防活血方組方藥物提取干膏用量7.5 g（每100 g乳膏中含主藥量約為10 g）。該配方結果穩定可靠，制得的乳膏劑外觀細膩光滑，涂抹分散性和耐熱穩定性良好。后續將進一步通過動物實驗證實荊防活血乳膏劑治療軟組織損傷的效果。